Una nueva investigación detalla una solución biológica para producir combustible para cohetes en Marte, aunque es necesario superar importantes obstáculos para que esta intrigante idea funcione.
Con planes de visitar Marte en la próxima década, la NASA todavía está solucionando la situación del combustible; Lanzar un cohete al Planeta Rojo no es el problema; sacar un vehículo de la superficie para regresar a casa es un desafío. Se necesitarán grandes cantidades de metano y nitrógeno líquido para producir el propulsor requerido, pero estos componentes clave del combustible para cohetes son tan raros en Marte como las refinerías de combustible.
Un nuevo investigación publicado en Nature Communications estima un costo de $ 8 mil millones para enviar las 30 toneladas necesarias de metano y oxígeno líquido a Marte. ¡Y eso es solo para un solo lanzamiento con una carga útil de 500 toneladas! Con el apoyo financiero del programa Innovative Advanced Concepts de la NASA, los autores del nuevo artículo han ideado una solución muy diferente, en la que los ingredientes clave necesarios para producir el propulsor pueden obtenerse directamente del Planeta Rojo.
Estos ingredientes incluyen dióxido de carbono, agua congelada y luz solar. Cianobacterias, también conocidas como algas verdiazules y una cepa de bacterias E. coli La bioingeniería se llevaría a Marte desde la Tierra, junto con los materiales necesarios para construir una amplia variedad de fotobiorreactores. Nick Kruyer, el primer autor del nuevo estudio e investigador de la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular de Georgia Tech, y sus colegas han delineado una estrategia de producción en la que las cianobacterias, alimentadas por la luz solar y el dióxido de carbono, producen azúcares que luego se convierte en E. coli un propulsor viable.
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Llamado 2,3-butanodiol, no es el propulsor más energético jamás inventado, pero en el entorno de relativamente baja gravedad en Marte, este combustible para cohetes hará el trabajo, argumentan los investigadores. Como compuesto, el 2,3-butanodiol ya es bien conocido, ya que se utiliza en la producción de caucho, pero los científicos nunca habían pensado en utilizarlo como propulsor hasta ahora.
Otros científicos habían asumido que el metano era la única solución, “ya que es un combustible de alta energía que se puede fabricar químicamente a partir del dióxido de carbono, que es abundante en Marte”, dijo Pamela Peralta-Yahya, coautora del estudio y colaboradora. profesor de la Facultad de Química y Bioquímica de Georgia Tech, explicó a Gizmodo en un correo electrónico. “Una idea clave de este artículo es que se puede considerar una gama más amplia de productos químicos para su uso como propulsor porque Marte tiene un tercio de la gravedad de la Tierra, por lo que puede utilizar un propulsor de cohetes de menor densidad de energía”. .
Los materiales plásticos enviados a Marte se ensamblarían en una serie de fotobiorreactores del tamaño de cuatro campos de fútbol. La fotosíntesis y el dióxido de carbono permitirían el crecimiento de las cianobacterias, mientras que las enzimas en un reactor separado descompondrían los microorganismos en azúcar. Como señaló Kruyer en un comunicado de prensa, “la biología es especialmente buena para convertir el CO2 en productos útiles”, por lo que es una “buena opción para crear combustible para cohetes”. En la etapa de E. coli, la separación del propulsor del caldo de fermentación daría como resultado una pureza del 95%, según el documento.
La bioproducción de propulsor de cohetes marcianos requeriría un 32% menos de energía que la solución química propuesta por la NASA, es decir, el plan para enviar grandes cantidades de metano a Marte. Produciría 44 toneladas de oxígeno limpio en exceso, que los astronautas aprovecharían bien. Además, la solución química propuesta generaría monóxido de carbono como subproducto, “que tendría que purificarse”, dijo Peralta-Yahya. “Se anticipa la electrólisis del agua, pero esa estrategia química … está en un nivel más bajo de preparación tecnológica”, agregó.
En cuanto a reducir el costo total del esfuerzo, eso es menos obvio, ya que esta solución requeriría una masa de carga útil 2.8 veces mayor que las estrategias químicas propuestas, dicen los científicos. Eso es significativo. Los investigadores deberán reducir el peso del equipo, como minimizar el tamaño del fotobiorreactor.
Dicho esto, una “contribución clave” del nuevo documento es la “identificación de soluciones de optimización alcanzables” para reducir la masa de carga útil mientras se usa un 59% menos de energía que el plan de metano de la NASA, explicó Peralta. -Yahya. “Tales optimizaciones incluyen mejorar la tasa de crecimiento de las cianobacterias a temperaturas frías, lo que conduciría a granjas de cianobacterias más pequeñas”, agregó.
El ingeniero de Georgia Tech y coautor del estudio, Matthew Realff, dijo que el equipo necesitará realizar experimentos para demostrar que las cianobacterias realmente se pueden cultivar en Marte. El equipo debería “considerar la diferencia en el espectro solar en Marte debido tanto a la distancia del Sol como a la falta de filtrado atmosférico de la luz solar”, explicó en un correo electrónico, teniendo en cuenta también que “los altos niveles de ultravioleta podrían dañar cianobacterias ”.
Los investigadores también deberán tener cuidado con la contaminación de Marte con nuestros microbios. Contener de forma segura las cianobacterias y E. coli será un paso necesario para garantizar que los astrobiólogos puedan continuar buscando signos de vida pasada en Marte sin la interferencia de organismos terrestres.
Las pautas actuales de protección planetaria de la NASA prohíben explícitamente la entrega de microbios a la superficie de otro planeta, pero como explicó Peralta-Yahya, “las aplicaciones de la biotecnología en Marte tienen el potencial de proporcionar distintas ventajas sobre los procesos químicos”. Para mantener segura su solución, el equipo desarrollaría y probaría una serie de estrategias de contención, como barreras físicas, interruptores de interrupción y microbios diseñados incapaces de sobrevivir fuera del reactor.
Los científicos han encontrado una solución fascinante a un problema grave. Sí, hay mucho trabajo por hacer, pero es un buen comienzo. Marte puede ser un desierto estéril, pero no está completamente desprovisto de recursos. Solo tenemos que encontrar formas de usarlos para nuestro mejor beneficio.
