Përdorimi i mikrobeve për biokarburantin e raketave marsiane në Mars

Studiuesit në Institutin e Teknologjisë në Gjeorgji kanë zhvilluar një koncept që do të bënte karburantin e raketave marsiane, në Mars, që mund të përdoret për të nisur astronautët e ardhshëm në Tokë.

Procesi i bioprodhimit do të përdorte tre burime vendase të planetit të kuq: dioksidin e karbonit, rrezet e diellit dhe ujin e ngrirë. Do të përfshinte gjithashtu transportimin e dy mikrobeve në Mars. E para do të ishte cianobakteret (algat), të cilat do të merrnin CO2 nga atmosfera marsiane dhe do të përdornin rrezet e diellit për të krijuar sheqerna. Një E. coli e projektuar, e cila do të dërgohej nga Toka, do t’i konvertonte ato sheqerna në një shtytës specifik për Marsin për raketa dhe pajisje të tjera shtytëse. Propelanti marsian, i cili quhet 2,3-butanediol, ekziston aktualisht, mund të krijohet nga E. coli dhe, në Tokë, përdoret për të bërë polimere për prodhimin e gomës.

Procesi është përshkruar në një letër, “Dizajnimi i bioprodhimit të shtytësit të raketave marsiane nëpërmjet një strategjie të shfrytëzimit të burimeve në vend të mundësuar nga bioteknologjia”, botuar në revistën Nature Communications.

Motorët e raketave që nisen nga Marsi janë planifikuar aktualisht të ushqehen nga metani dhe oksigjeni i lëngshëm (LOX). Asnjëra nuk ekziston në planetin e kuq, që do të thotë se ata do të duhej të transportoheshin nga Toka për të fuqizuar një anije kozmike të kthimit në orbitën e Marsit. Ky transport është i shtrenjtë: transportimi i 30 tonëve të nevojshëm metan dhe LOX vlerësohet të kushtojë rreth 8 miliardë dollarë. Për të ulur këtë kosto, NASA ka propozuar përdorimin e katalizës kimike për të kthyer dioksidin e karbonit marsian në LOX, megjithëse kjo kërkon ende që metani të transportohet nga Toka.

Si një alternativë, studiuesit e Georgia Tech propozojnë një strategji të bazuar në bioteknologjinë e përdorimit të burimeve në vend (bio-ISRU) që mund të prodhojë si shtytësin ashtu edhe LOX nga CO2. Studiuesit thonë se bërja e shtytësit në Mars duke përdorur burimet marsiane mund të ndihmojë në uljen e kostos së misionit. Për më tepër, procesi bio-ISRU gjeneron 44 ton oksigjen të pastër të tepërt që mund të lihet mënjanë për t’u përdorur për qëllime të tjera, siç është mbështetja e kolonizimit njerëzor.

“Dioksidi i karbonit është një nga burimet e vetme të disponueshme në Mars. Duke ditur se biologjia është veçanërisht e mirë në konvertimin e CO2 në produkte të dobishme, e bën atë një përshtatje të mirë për krijimin e karburantit të raketave, “tha Nick Kruyer, autori i parë i studimit dhe një Ph.D. marrës nga Shkolla e Inxhinierisë Kimike dhe Biomolekulare të Georgia Tech (ChBE).

Punimi përshkruan procesin, i cili fillon me transportimin e materialeve plastike në Mars që do të grumbullohen në fotobioreaktorë që zënë madhësinë e katër fushave të futbollit. Cianobakteret do të rriteshin në reaktorë nëpërmjet fotosintezës (që kërkon dioksid karboni). Enzimat në një reaktor të veçantë do të shpërbënin cianobakteret në sheqerna, të cilat mund të ushqeheshin te E. coli për të prodhuar shtytësin e raketës. Lënda shtytëse do të ndahej nga lëngu i fermentimit të E. coli duke përdorur metoda të avancuara të ndarjes.

Hulumtimi i ekipit zbulon se strategjia bio-ISRU përdor 32% më pak energji (por peshon tre herë më shumë) sesa strategjia e propozuar kimikisht e mundësuar e transportit të metanit nga Toka dhe prodhimit të oksigjenit nëpërmjet katalizimit kimik.

Për shkak se graviteti në Mars është vetëm një e treta e asaj që ndihet në Tokë, studiuesit ishin në gjendje të ishin krijues ndërsa mendonin për karburantet e mundshme.

“Ju keni nevojë për shumë më pak energji për ngritjen në Mars, gjë që na dha fleksibilitetin për të konsideruar kimikate të ndryshme që nuk janë të dizajnuara për lëshimin e raketave në Tokë,” tha Pamela Peralta-Yahya, një autore përkatëse e studimit dhe një bashkëpunëtor. profesor në Shkollën e Kimisë dhe Biokimisë dhe ChBE që inxhinieron mikrobet për prodhimin e kimikateve. “Ne filluam të shqyrtojmë mënyra për të përfituar nga graviteti më i ulët i planetit dhe mungesa e oksigjenit për të krijuar zgjidhje që nuk janë relevante për lëshimet në Tokë.”

“2,3-butanediol ka ekzistuar për një kohë të gjatë, por ne kurrë nuk kemi menduar ta përdorim atë si një shtytës. Pas analizave dhe studimit eksperimental paraprak, ne kuptuam se është në të vërtetë një kandidat i mirë, “tha Wenting Sun, profesor i asociuar në Shkollën Daniel Guggenheim të Inxhinierisë së Hapësirës Ajrore, i cili punon në lëndë djegëse.

Ekipi i Georgia Tech përfshin kampusin. Kimistë, inxhinierë kimikë, mekanikë dhe të hapësirës ajrore u mblodhën për të zhvilluar idenë dhe procesin për të krijuar një karburant të qëndrueshëm marsian. Përveç Kruyer, Peralta-Yahya dhe Sun, grupi përfshinte Caroline Genzale, një eksperte djegieje dhe profesoreshë e asociuar në Shkollën e Inxhinierisë Mekanike George W. Woodruff, dhe Matthew Realff, profesor dhe David Wang Sr. Fellow në ChBE, i cili është ekspert në sintezën dhe dizajnimin e proceseve.

Ekipi tani po kërkon të kryejë optimizimin biologjik dhe material të identifikuar për të zvogëluar peshën e procesit bio-ISRU dhe për ta bërë atë më të lehtë se procesi kimik i propozuar. Për shembull, përmirësimi i shpejtësisë me të cilën rriten cianobakteret në Mars do të zvogëlojë madhësinë e fotobioreaktorit, duke ulur ndjeshëm ngarkesën e nevojshme për transportimin e pajisjeve nga Toka.

“Ne gjithashtu duhet të kryejmë eksperimente për të demonstruar se cianobakteret mund të rriten në kushtet marsiane”, tha Realff, i cili punon në analizën e procesit të bazuar në alga. “Ne duhet të marrim parasysh ndryshimin në spektrin diellor në Mars si për shkak të distancës nga Dielli dhe mungesës së filtrimit atmosferik të dritës së diellit. Nivelet e larta të ultravjollcës mund të dëmtojnë cianobakteret.”

Ekipi i Georgia Tech thekson se njohja e dallimeve midis dy planetëve është thelbësore për zhvillimin e teknologjive efikase për prodhimin ISRU të karburantit, ushqimit dhe kimikateve në Mars. Kjo është arsyeja pse ata po trajtojnë sfidat biologjike dhe materiale në studim në një përpjekje për të kontribuar në qëllimin e pranisë njerëzore në të ardhmen përtej Tokës.

“Laboratori Peralta-Yahya shkëlqen në gjetjen e aplikacioneve të reja dhe emocionuese për biologjinë dhe bioteknologjinë sintetike, duke trajtuar problemet emocionuese në qëndrueshmëri,” shtoi Kruyer. “Zbatimi i bioteknologjisë në Mars është një mënyrë e përsosur për të përdorur burimet e kufizuara të disponueshme me materiale fillestare minimale.”