Onderzoekers uit Hongkong hebben van zand, gelatine en genetisch aangepaste bakkersgist een bouwmateriaal gemaakt dat vanzelf uithardt in een omgeving die lijkt op die van Mars. Het materiaal haalt een druksterkte van ongeveer 12 megapascal, volgens de onderzoekers genoeg voor dragende onderdelen. Volgens een eerste berekening kost het tientallen keren minder energie dan een andere methode, waarbij Marsstof bij hoge temperatuur aan elkaar wordt gebakken.
Alles wat je meeneemt naar Mars moet je eerst de dampkring uit krijgen. Elke kilo weegt dus zwaar door in de kosten. Daarom gaan de meeste bouwplannen voor nederzettingen op de rode planeet ervan uit dat je ter plekke gruis en stof gebruikt als grondstof.
Het probleem: om daar iets degelijks van te maken, moet je het materiaal meestal verhitten tot boven de duizend graden. Dan heb je een oven nodig en dus stroom. De zon levert op Mars ongeveer 200 watt per vierkante meter, minder dan de helft van wat ze op aarde geeft. Een zonnepark zou dagen moeten draaien om één kubieke meter materiaal te produceren.
De onderzoekers zochten daarom een methode die bij kou blijft werken. Ze mengden gewoon zand met een bindmiddel van gelatine en levende gistcellen. Het is dezelfde gist die brood laat rijzen en bier laat gisten.
Op de celwand plaatsten ze drie soorten kleefeiwitten: een ankereiwit dat de rest op zijn plaats houdt, een eiwitpaar dat werkt als moleculair klittenband tussen cellen onderling en een lijmeiwit dat is afgekeken van mosselen, die zich ermee aan natte rotsen vastklampen.
Dat mengsel werd in mallen gegoten en daarna ingevroren en gevriesdroogd bij min 55 graden en een druk die in de buurt komt van vacuüm. Het water bevriest en verdwijnt vervolgens rechtstreeks als damp. Wat overblijft is een poreus geraamte van gelatine, met de gistcellen ingebakken in de wanden, dat de zandkorrels aan elkaar klemt.
Buigt beter dan beton
Het resultaat is niet zo hard als beton, maar wel taaier. In vergelijking met lichtgewicht cementbeton van dezelfde dichtheid scoorde het materiaal lager op druksterkte, maar tot twee keer beter op buigsterkte. Het kan ook veel meer energie absorberen voor het breekt. Dat is belangrijk, want op Mars jagen stofstormen zand en gruis met hoge snelheid tegen alles wat er staat.
Het ankereiwit lijkt qua vorm op antivrieseiwitten. Die gebruiken insecten en bacteriën om te overleven in de vrieskou. De onderzoekers vermoeden dat het de ijskristallen tijdens het invriezen stuurt. In het materiaal zonder gist zaten poriën van alle formaten door elkaar. Met de aangepaste gist erbij waren ze veel regelmatiger en was het materiaal sterker.
De beste mix bleek maar voor een kwart uit biologisch materiaal te bestaan. Puur gist zonder gelatine bindt wel, maar levert een veel zwakker blok op.
Geprint in een Marskamer
In een klimaatkamer bij min 30 graden en een honderdste van de luchtdruk die we op aarde hebben, printten de onderzoekers een torentje van 4,5 centimeter hoog. Dat lukte. Een poging bij 20 graden en een twintigste atmosfeer liep slecht af: het water in het mengsel begon te koken en blies bellen in de constructie. De kou hielp dus, omdat die het koken afremt.
Het materiaal kon daarna opnieuw worden gebruikt. De onderzoekers vergruisden hun blokjes, voegden water toe, verwarmden het tot 45 graden en goten er nieuwe blokjes van. Na vier generaties haalde het materiaal nog altijd 11,8 megapascal en waren er nog levende gistcellen in terug te vinden.
Het energieverbruik schatten ze op 0,02 tot 0,12 gigajoule per kubieke meter. Datzelfde zonnepark zou er dan minder dan een uur over doen, in plaats van dagen. In een ontwerpstudie rekenden ze een toren van drie verdiepingen door, met 102 vierkante meter aan vloeroppervlak, waarvoor je 1,86 ton bindmiddel vanaf de aarde zou moeten meenemen.
Leestip: Hoe een misverstand over Mars de mythe van de marsmannetjes voedde
Wat het onderzoek nog niet aantoont
De schaal is voorlopig klein. De geteste blokjes zijn kubusjes van één centimeter, en het geprinte torentje past in een schoendoos. Van een echt gebouw is nog lang geen sprake.
De gelatine moet daarnaast nog altijd mee naar Mars reizen en de gist heeft voedingsstoffen nodig die momenteel ook van de aarde komen. Een versie zonder gelatine werkt wel, maar is veel zwakker.
Verder werkten ze met gewoon zand, niet met nagebootst Marsgruis. Stralingsbestendigheid, luchtdichtheid, warmtegeleiding en gedrag op lange termijn zijn niet getest. En de vraag of je überhaupt genetisch aangepaste levende organismen naar Mars mag brengen, blijft hier volledig open.
De onderzoekers presenteren hun materiaal dan ook niet als een kant-en-klare oplossing. Het is bedoeld als dragende buitenschil, met binnenin een aparte luchtdichte laag. Wat ze wel laten zien, is dat op deze manier bouwen in de kou een reële optie is. En dat is ook op aarde interessant, in afgelegen gebieden.
We schreven vaker over dit onderwerp, lees bijvoorbeeld ook Na vijf jaar en vier maanden: Marsrover voltooit marathon en wordt van bovenaf gefotografeerd en Drie Marsproblemen die NASA oplost: van een vastzittende steen tot giftig water. Of lees dit artikel: Voor het eerst atmosfeer ontdekt in bewoonbare zone van rotsplaneet.
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
