香港科技大学が新型酵母ベースの建設材料を開発 火星の過酷な環境での建設課題に対応

将来人類が火星に家を建てるなら、酵母が最も重要な持ち物リストに入るかもしれない。これは香港科技大学による新たな研究の結論であり、研究者たちは赤い惑星での3Dプリント居住空間用の新しいバイオ処方を明らかにした。このプリント可能なバイオベースの建設材料は、火星での建設向けに設計されている。

火星に家を建てる難しさは周知の事実である。そこでは大気がほぼ真空に近く、放射線が致命的で、気温は絶望的なまでに急低下する。鉄鋼やコンクリートなどの重量のある建設資材を数百万マイルの深宇宙に運ぶことは、経済的に不可能である。過去の提案のほとんどは、火星の土壌を溶かしてレンガにするために非常に高い熱を使用することを提案しているが、これは大量のエネルギーを必要とし、初期の入植者たちはそのエネルギーを欠いているだろう。現在、土木工学者の邱基深とそのチームは、エンジニアが火星の厳しい気候を利用し、その惑星の極低温に抵抗する代わりに利用できるかどうか疑問に思っている。

新素材のインスピレーションと製作

邱基深は「私のインスピレーションは、冷凍乾燥した果物がより硬くなることに由来します」と語る。火星の環境は「自然の冷凍乾燥機」のようなものだ。氷点はるかに下の気温とほとんどゼロに近い大気圧により、氷は溶けることなく直接水蒸気に昇華する。邱基深は砂とバイオ接着剤（ゼラチンと遺伝子組み換え酵母）を使用して、印刷可能な素材を作り出した。チームは海洋性イガイにヒントを得た粘着性タンパク質で酵母をコーティングした。ゼラチンは混合物を結合させ、成長する細胞に栄養を与え、砂は構造的質量を提供する。

火星条件を模擬した条件下で印刷する際、冷たい真空が湿った化合物を瞬時に冷凍乾燥させる。氷は直接水蒸気に変化し、軽量で多孔質なフォームを形成する。現在、チームが生産しているテスト用ドームは約コルク栓のサイズである。これらの構造体は小さくても、その強度は低級コンクリートの基準に達している。テストでは、このバイオ素材の圧縮強度が10〜12メガパスカルに達することが示された。「したがって、これは実際には地球上で1階または2階建ての建物を建てるのに十分です。地球の重力は火星の3倍だからです」と邱基深は言う。

「したがって、火星でこの素材を使って多層建築物を簡単に建てることもできるかもしれません。」

環境に優しいシステムの可能性

しかし、さらなる研究が必要である。ほとんどの宇宙建設構想は、現地の岩石を溶かしてレンガを作ることを提案しているが、これは大量のエネルギーを消費する。このバイオ手法は高温処理の必要性を克服し、環境に優しいシステムを作り出す。建物が必要なくなったとき、入植者はそれを解体し、生きた酵母細胞を収穫し、生物反応器内で再培養することができる。もちろん、課題はまだある。科学者は、酵母が実際の火星の放射線と大気圧の下で生き残ることができることを証明する必要がある。初期プロジェクトでは、地球から数百トンの原材料を輸送して初めて現地生産が完全に起動する。

しかし、基本的な科学は実行可能である。邱基深は「私はいつも自分に問いかけます：私たちがこのようにすることを妨げる物理法則や基本的なメカニズムはありますか？」と述べている。彼は「現時点では制限は見当たりません。私たちは生産拡大に自信を持っています。もし将来の火星の建設材料が地球の建設ほど多様化していないとしたら、それは私を驚かせるでしょう。そして生物学は必ず貢献するでしょう。」と指摘した。

どうやら、生物学は異星での生存のための青写真かもしれない。酵母は単細胞真菌だが、その糸状菌の親戚（キノコ）はアメリカ航空宇宙局（NASA）エイムズ研究センターのMycotecture Off-Planetプロジェクトで中心的な役割を果たしている。科学者たちは火星の土壌シミュラントと有機廃棄物の周りで菌糸体（菌糸）を培養している。焼成および密封後、これらの成長した構造体は軽量で耐火性があり、放射線防護を提供する建築材料を形成する。関連の研究結果は9月10日に「Chem Circularity」誌に掲載された。

酵母ベースの建設材料の将来展望

この研究は、極端な環境下でのバイオ材料の応用可能性、特に火星建設における可能性を示している。従来の建設材料の輸送コストは高く、新型酵母ベースの建設材料は現地資源を利用し、エネルギー消費を削減する。これは持続可能な開発の理念に合致するだけでなく、将来の宇宙探査においてより柔軟な建設方案を提供する。まだ解決すべき酵母の火星環境での生存問題があるが、この革新は人類が異星に家を建てる新しい可能性を提供する。