中國科學家研發新型「活水泥」可望用於火星建築

中國科學家研發出一種新型的「活水泥」，理論上可用於建造如火星等遙遠星球上的結構。據報導，該水泥只需幾種原料，包括「本地」土壤/岩土、明膠和基因工程酵母。如果能夠擴大規模，這項技術可用於為未來長期人類任務在火星上建造庇護所及其他結構。此外，這個過程相對便宜，且可以與現場的 3D 打印機結合使用。研究人員成功工程化了一種特殊的酵母菌株，該菌株能生產極為粘稠的蛋白質，其中一種蛋白質類似於貽貝所產生的蛋白質，使其能夠附著在岩石等表面。

這些蛋白質可作為一種水泥，將土壤或岩土粘合在一起，有效地形成一種生物水泥。因此，酵母細胞在粘合劑中類似於數以百萬計的微小粘性顆粒。

新材料的特性與優勢

該明膠成分在一切周圍形成水凝膠，而土壤/岩土則提供材料的主要部分。初始時呈粘稠質地，這種漿料可以通過 3D 打印機噴嘴擠出，形成複雜的結構。至於「固化」混合物，研究人員認為最好是利用火星的條件，而非與之對抗。火星的氣氛非常稀薄（約為地球的 0.6%），且平均氣溫遠低於地球（約 -63.4°F/−53°C）。在這些條件下，液態水會結冰並昇華，意味著它不會長時間保持液態。

這基本上是冷凍乾燥。留下的將是一個輕質多孔網絡，其中明膠、源自酵母的粘合蛋白和礦物顆粒鎖在一起。這可以比擬為冷凍乾燥海綿和混凝土的混合物。

此外，這種新材料實際上相當堅固，具有 12MPa 的抗壓強度和 6MPa 的抗彎強度，這與地球上的低強度輕質混凝土相當。這無疑是有前景的，若能夠節省運輸數千噸建築材料，則將帶來巨大好處。理論上，您只需發送生物起始材料、一些處理設備和一台大型機器人打印機。值得一提的是，該材料也是可回收的，意味著其組成部分可以分解並重複使用。不過，在這項技術能夠被認真考慮用於實驗室之外的應用之前，還需要進行一些重要的改進。

技術挑戰與改進方向

首先，測試的材料使用沙子作為火星岩土的替代品。實際的火星岩土具有不同的顆粒特性，並含有如過氯酸鹽等物質。明膠-酵母混合物對此的反應尚待測試。另一個問題是，明膠是豬源的，這意味著它需要「運送」到建築工地。該團隊也測試了一種無明膠配方，儘管其性能較低，研究人員表示需要更強的完全生物性粘合劑。另有一個主要問題是使材料能夠建造加壓結構，以保護人們免受火星惡劣環境的影響。

團隊提出了一種現成的保壓膜，包裹在利用這種新型活水泥建造的外殼和屏障內。

總體而言，這是一個有前景的概念驗證，顯示火星岩土有可能透過工程生物學轉變為可打印的建築材料，並利用火星的寒冷和近真空條件作為製造過程的一部分，而非僅僅將其視為障礙。

活水泥技術的潛力與挑戰

新型活水泥技術展示了在極端環境下建造的潛力，特別是對於火星等遙遠星球的探索任務。利用本地土壤和基因工程酵母的創新方法，不僅能降低運輸成本，還能提高建築材料的可持續性。然而，技術仍面臨挑戰，包括火星岩土的特性及材料的生物相容性等問題。這些挑戰的解決將是未來人類在火星建立長期基地的關鍵。