Uso de microbios para fabricar biocombustible de cohetes marcianos en Marte

Un nuevo estudio describe un proceso biotecnológico para producir combustible para cohetes en el planeta rojo.

Investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han desarrollado un concepto que haría combustible para cohetes marcianos, en Marte, que podría usarse para lanzar a futuros astronautas de regreso a la Tierra.

El proceso de bioproducción utilizaría tres recursos nativos del planeta rojo: dióxido de carbono, luz solar y agua congelada.

También incluiría el transporte de dos microbios a Marte.

La primera serían las cianobacterias (algas), que tomarían CO2 de la atmósfera marciana y usarían la luz solar para crear azúcares.

Una E. coli diseñada, que se enviaría desde la Tierra, convertiría esos azúcares en un propulsor específico de Marte para cohetes y otros dispositivos de propulsión.

El propulsor marciano, que se llama 2,3-butanodiol, existe actualmente, puede ser creado por E. coli y, en la Tierra, se utiliza para fabricar polímeros para la producción de caucho.

El proceso se describe en un artículo, “Diseño de la bioproducción de propulsor de cohete marciano a través de una estrategia de utilización de recursos in situ habilitada por biotecnología”, publicado en la revista Nature Communications .

Sobre los Motores

Actualmente, se prevé que los motores de los cohetes que parten de Marte sean alimentados por metano y oxígeno líquido (LOX).

Ninguno de los dos existe en el planeta rojo, lo que significa que tendrían que ser transportados desde la Tierra para impulsar una nave espacial de regreso a la órbita marciana.

Ese transporte es caro: se estima que transportar las 30 toneladas necesarias de metano y LOX cuesta alrededor de u$s 8 mil millones.

Para reducir este costo, la NASA ha propuesto el uso de catálisis química para convertir el dióxido de carbono marciano en LOX, aunque esto todavía requiere que el metano sea transportado desde la Tierra.

Como alternativa, los investigadores de Georgia Tech proponen una estrategia de utilización de recursos in situ basada en biotecnología (bio-ISRU) que puede producir tanto el propulsor como LOX a partir de CO2.

Los investigadores dicen que fabricar el propulsor en Marte utilizando recursos marcianos podría ayudar a reducir el costo de la misión.

Además, el proceso bio-ISRU genera 44 toneladas de exceso de oxígeno limpio que podría reservarse para otros fines, como apoyar la colonización humana.

Desde el dióxido de Carbono

El dióxido de carbono es uno de los únicos recursos disponibles en Marte. Saber que la biología es especialmente buena para convertir CO2 en productos útiles hace que sea una buena opción para crear combustible para cohetes

Nick Kruyer, primer autor del estudio y un reciente Ph.D. beneficiario de la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular de Georgia Tech (ChBE).

El documento describe el proceso, que comienza transportando materiales plásticos a Marte que se ensamblarían en fotobiorreactores que ocupan el tamaño de cuatro campos de fútbol.

Las cianobacterias crecerían en los reactores a través de la fotosíntesis (que requiere dióxido de carbono).

Las enzimas en un reactor separado descompondrían las cianobacterias en azúcares, que podrían alimentarse a la E. coli para producir el propulsor de cohetes.

El propulsor se separaría del caldo de fermentación de E. coli utilizando métodos de separación avanzados.

La investigación del equipo encuentra que la estrategia bio-ISRU usa un 32% menos de energía (pero pesa tres veces más) que la estrategia propuesta químicamente habilitada de enviar metano desde la Tierra y producir oxígeno a través de catálisis química.

Debido a que la gravedad en Marte es solo un tercio de lo que se siente en la Tierra, los investigadores pudieron ser creativos al pensar en combustibles potenciales.

Futuro

El equipo ahora está buscando realizar la optimización biológica y de materiales identificada para reducir el peso del proceso bio-ISRU y hacerlo más liviano que el proceso químico propuesto.

Por ejemplo, mejorar la velocidad a la que crecen las cianobacterias en Marte reducirá el tamaño del fotobiorreactor, lo que reducirá significativamente la carga útil necesaria para transportar el equipo desde la Tierra.

También necesitamos realizar experimentos para demostrar que las cianobacterias se pueden cultivar en condiciones marcianas que trabaja en análisis de procesos basados ​​en algas. Necesitamos 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. Los niveles altos de ultravioleta podrían dañar las cianobacterias.

Realff

El equipo de Georgia Tech enfatiza que reconocer las diferencias entre los dos planetas es fundamental para desarrollar tecnologías eficientes para la producción ISRU de combustible, alimentos y productos químicos en Marte.

Es por eso que están abordando los desafíos biológicos y materiales en el estudio en un esfuerzo por contribuir al objetivo de la presencia humana futura más allá de la Tierra.

El laboratorio de Peralta-Yahya sobresale en la búsqueda de aplicaciones nuevas y emocionantes para la biología sintética y la biotecnología, abordando problemas emocionantes en sostenibilidad. La aplicación de la biotecnología en Marte es una manera perfecta de hacer uso de los recursos disponibles limitados con un mínimo de materiales de partida.

Kruyer

Referencia: “Diseño de la bioproducción de propulsor de cohetes marcianos mediante una estrategia de utilización de recursos in situ habilitada por biotecnología” por Nicholas S. Kruyer, Matthew J. Realff, Wenting Sun, Caroline L. Genzale y Pamela Peralta-Yahya, 25 de octubre de 2021, Nature Comunicaciones .
DOI: 10.1038 / s41467-021-26393-7

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