Die Hong Kong University of Science and Technology entwickelt neuartige Hefebauweise für den Mars

Wenn die Menschheit in Zukunft auf dem Mars eine Heimat errichtet, könnte Hefe zu einem der wichtigsten Gegenstände auf der Packliste werden. Das ist das Ergebnis einer neuen Studie der Hong Kong University of Science and Technology, bei der Forscher eine neue biologische Formel für den 3D-Druck von Wohnräumen auf dem Roten Planeten enthüllt haben. Diese druckbare, biologisch basierte Baumaterialformel ist für den Bau auf dem Mars konzipiert.

Der Bau einer Heimat auf dem Mars ist bekanntermaßen schwierig. Die Atmosphäre dort ist nahezu ein Vakuum, die Strahlung tödlich und die Temperaturen fallen auf hoffnungslos niedrige Werte. Die Lieferung schwerer Baumaterialien wie Stahl oder Beton über Millionen von Meilen in den tiefen Weltraum ist wirtschaftlich nicht tragbar. Die meisten bisherigen Vorschläge empfahlen, Marsboden mit extrem hohen Temperaturen zu Ziegeln zu schmelzen, aber das erfordert enorme Energiemengen, über die frühe Siedler nicht verfügen werden. Nun haben der Bauingenieur Qiu Jianxi und sein Team untersucht, ob Ingenieure das raue Klima des Mars nutzen können, anstatt gegen die extrem niedrigen Temperaturen des Planeten anzukämpfen.

Inspiration und Herstellung des neuen Materials

Qiu Jianxi sagte: "Meine Inspiration kam von gefriergetrocknetem Obst, das härter wird." Die Umgebung des Mars ähnelt einer "natürlichen Gefriertrocknungsanlage". Temperaturen unter dem Gefrierpunkt und der vernachlässigbare atmosphärische Druck führen dazu, dass Eis direkt in Wasserdampf übergeht, ohne zu schmelzen. Qiu Jianxi verwendete Sand und biologische Klebstoffe (Gelatine und gentechnisch veränderte Hefe), um ein druckbares Material zu schaffen. Das Team umhüllte die Hefe mit von Meeresmuscheln inspirierten klebrigen Proteinen. Die Gelatine bindet die Mischung zusammen und versorgt die wachsenden Zellen mit Nährstoffen, während der Sand die strukturelle Masse liefert.

Beim Drucken unter simulierten Marsbedingungen führte der kalte Vakuumzustand dazu, dass die feuchte Verbindung sofort gefriertrocknete. Das Eis wandelte sich direkt in Wasserdampf um und bildete einen leichten, porösen Schaum. Derzeit produziert das Team Testkuppeln, die etwa die Größe eines Weinkorkens haben. Obwohl diese Strukturen winzig sind, erreichen sie die Festigkeit von minderwertigem Beton. Tests zeigen, dass die Druckfestigkeit dieses Biomaterials 10 bis 12 Megapascal erreichen kann. "Das ist also tatsächlich ausreichend, um ein ein- oder zweistöckiges Gebäude auf der Erde zu bauen, da die Schwerkraft der Erde dreimal so hoch ist wie die des Mars", sagt Qiu Jianxi.

"Sie könnten also wahrscheinlich problemlos mehrstöckige Gebäude auf dem Mars mit diesem Material bauen."

Potenzial für ein umweltfreundliches System

Allerdings sind weitere Forschungen erforderlich. Die meisten Konzepte für den Weltraumbau verwenden das Schmelzen von lokalem Gestein zur Herstellung von Ziegeln, was enorme Energiemengen verbraucht. Diese biologische Methode überwindet den energieintensiven Hitzebehandlungsprozess und schafft ein umweltfreundliches System. Wenn die Gebäude nicht mehr benötigt werden, können die Siedler sie abbauen, die lebenden Hefezellen ernten und sie in einem Bioreaktor neu kultivieren. Natürlich gibt es noch Herausforderungen. Wissenschaftler müssen noch nachweisen, dass Hefe unter den realen Strahlungs- und atmosphärischen Bedingungen des Mars überleben kann. Frühe Projekte müssen auch Hunderte von Tonnen an Rohstoffen von der Erde liefern, bevor die lokale Produktion vollständig starten kann.

Das grundlegende Prinzip ist jedoch machbar. Qiu Jianxi sagt: "Ich frage mich immer: Gibt es irgendwelche physikalischen Gesetze oder grundlegende Mechanismen, die uns daran hindern, das zu tun?" Er weist darauf hin: "Derzeit sehe ich keine Einschränkungen. Wir sind zuversichtlich, dass wir die Produktion ausweiten können. Wenn die zukünftigen Baumaterialien auf dem Mars nicht so vielfältig sind wie in der Erdtechnik, wird mich das überraschen, und die Biologie wird definitiv einen Beitrag leisten."

Es scheint, dass die Biologie der Bauplan für das Überleben auf fremden Planeten sein könnte. Obwohl Hefe ein einzelliger Pilz ist, spielt sein fadenförmiger Pilzverwandter (Pilze) eine zentrale Rolle im Mycotecture Off-Planet-Projekt des NASA Ames Research Center. Wissenschaftler züchten Pilzmyzel (Pilzfäden) um Marsboden-Simulanzien und organische Abfälle herum. Nach dem Backen und Versiegeln bilden diese wachsenden Strukturen leichte, feuerfeste und strahlungsabschirmende Baumaterialien. Die entsprechenden Forschungsergebnisse wurden am 10. September im Fachmagazin "Chem Circularity" veröffentlicht.

Zukunftsperspektiven der Hefebauweise

Diese Studie zeigt das Potenzial von Biomaterialien für den Einsatz in extremen Umgebungen, insbesondere im Marsbau. Die Transportkosten für traditionelle Baumaterialien sind hoch, während die neuen Hefebauweisen lokale Ressourcen nutzen und den Energieverbrauch reduzieren können. Dies entspricht nicht nur dem Nachhaltigkeitsgedanken, sondern bietet auch flexiblere Bauoptionen für die zukünftige Weltraumforschung. Obwohl noch geklärt werden muss, ob Hefe in der Marsumgebung überleben kann, bietet diese Innovation neue Möglichkeiten für den Aufbau einer menschlichen Heimat auf fremden Planeten.