In de komende decennia plannen NASA, de European Space Agency (ESA), China en Rusland allemaal om buitenposten op het maanoppervlak te creëren die een permanente menselijke aanwezigheid mogelijk zullen maken. Deze voorstellen zijn bedoeld om de vooruitgang in additieve productie (ook bekend als 3D-printen) te benutten met In-Situ Resource Utilization (ISRU) om de specifieke uitdagingen van het leven en werken op de maan aan te pakken.
In het belang van hun International Moon Village heeft de ESA geëxperimenteerd met "lunacrete" - maanregoliet gecombineerd met een bindmiddel om een bouwmateriaal te creëren. Maar onlangs heeft een team van onderzoekers een onderzoek uitgevoerd (in samenwerking met de ESA) waaruit bleek dat lunacrete nog beter werkt als je een speciaal ingrediënt toevoegt dat de astronauten helemaal zelf maken - urine!
Meer specifiek het chemische ureum, een organische verbinding die voorkomt in de urine van dieren. Het team dat verantwoordelijk was voor deze vondst werd geleid door Shima Pilehvar van Østfold University College en bestond uit leden uit Noorwegen, Spanje, Nederland en Italië. Hun onderzoek, dat onlangs verscheen in de Journal of Cleaner Production, werd ondersteund door ESA's European Space Research and Technology Centre (ESTEC).
Zoals ze in hun studie beschrijven, voerde het team verschillende experimenten uit om het potentieel van ureum als weekmaker te bepalen. Toen ze in beton werden verwerkt, wilden ze kijken of het het oorspronkelijke mengsel zou verzachten en het buigzamer zou maken voordat het uithardde. Om dit te testen werd gebruik gemaakt van door ESA ontwikkelde gesimuleerde maanregoliet met ureum en verschillende weekmakers en vervolgens 3D-printen van het resulterende product.
Ramón Pamies, een professor aan de Polytechnische Universiteit van Cartagena (UPCT) en een co-auteur van de studie, beschreef hoe astronauten lunacrete zullen maken in een recent Sinc-persbericht:
'Om het geopolymeer concreet te maken dat op de maan zal worden gebruikt, is het de bedoeling om te gebruiken wat er is: regoliet (los materiaal van het maanoppervlak) en het water van het ijs dat in sommige gebieden aanwezig is. Maar bovendien hebben we met deze studie gezien dat ook een afvalproduct, zoals de urine van het personeel dat de maanbases bezet, gebruikt zou kunnen worden. De twee belangrijkste componenten van deze lichaamsvloeistof zijn water en ureum, een molecuul dat ervoor zorgt dat de waterstofbruggen worden verbroken en daardoor de viscositeit van veel waterige mengsels vermindert. ”
De experimenten werden uitgevoerd aan het Østfold University College in Noorwegen, waar de monsters werden gevormd en getest. Ze werden ook onderworpen aan analyse bij UPCT met behulp van een techniek die bekend staat als röntgendiffractie. Wat uit de experimenten bleek, was dat monsters gemaakt met ureum in staat waren om hoge gewichtsbelastingen te verdragen terwijl ze vrijwel geheel in dezelfde vorm bleven.
Om te zien hoe ze extreme temperatuurschommelingen zouden doorstaan, zoals die op de maan, werden de monsters ook verwarmd tot 80 ° C (176 ° F) en vervolgens steeds opnieuw bevroren. Na acht cycli van bevriezen en ontdooien werd hun weerstand opnieuw getest en bleek deze nog sterker te zijn. Kortom, deze tests toonden aan dat een andere praktijk in situ (met behulp van de latrine) zou kunnen helpen bij de constructie van maanbasissen die de elementen aankunnen.
Hoewel deze resultaten bemoedigend zijn (al is het een beetje), benadrukt het team dat er nog meer tests moeten worden uitgevoerd en dat er nog geen extractieproces moet worden ontworpen. Zoals Anna-Lena Kjøniksen, een onderzoeker van het Østfold University College die de studie begeleidde, aangaf:
“We hebben nog niet onderzocht hoe het ureum uit de urine zou worden gehaald, omdat we beoordelen of dit echt nodig zou zijn, omdat misschien de andere componenten ervan ook kunnen worden gebruikt om het geopolymeerbeton te vormen. Het eigenlijke water in de urine kan voor het mengsel worden gebruikt, samen met dat wat op de maan kan worden verkregen, of een combinatie van beide. '
Het team benadrukte ook de noodzaak van verder testen om te zien welk bouwmateriaal optimaal zou zijn voor het creëren van maanbasissen. Naast de veerkracht en tolerantie van extreme hitte en kou, moet het ook iets zijn dat in massa kan worden geproduceerd door 3D-printers. Helaas zijn dit slechts een van de uitdagingen bij het bouwen van een maanbasis.
Maar zoals uit deze studie blijkt, bieden dergelijke uitdagingen de mogelijkheid om creatief te worden. Naarmate we steeds dichter bij het punt komen waar belangrijke maanmissies zijn gepland - zoals Project Artemis, alleen voor starters -, kunnen we verwachten dat er meer creatieve oplossingen zullen worden voorgesteld.
