Bouwstenen voor maanbasis gemaakt van astronautenurine
Van menselijk afval tot superplastificeerder, urine van astronauten zou een nuttige hulpbron kunnen worden voor het maken van een stevige betonsoort op de maan.
Een recente Europese studie, gesponsord door ESA heeft aangetoond dat ureum, de belangrijkste organische verbinding in onze urine, het mengsel voor maanbeton buigzamer zou maken voordat deze verhardt en de definitieve, vaste vorm aanneemt voor toekomstige maanhabitats.
Onderzoekers vonden dat het toevoegen van ureum aan het maanpolymeermengsel, een bouwmateriaal vergelijkbaar met beton, beter werkte dan andere veelgebruikte weekmakers, zoals naftaleen of polycarboxylaat, omdat er minder water nodig is.
Het 3D-geprinte mengsel bleek sterker te zijn en behield een goede bewerkbaarheid – een nieuw monster kon gemakkelijk worden gemaakt en 10 keer het eigen gewicht dragen zonder van vorm te veranderen.
“De science community is vooral onder de indruk door de enorme kracht van dit nieuwe recept in vergelijking met overige materialen, maar ook geboeid door het feit dat we iets kunnen gebruiken wat zich al op de maan bevindt,” zegt Marlies Arnhof, initiator en co-auteur van de studie van ESA’s Advanced Concepts Team.
Uitsluitend materialen gebruiken die ter plekke beschikbaar zijn – een aanpak welke in de wereld van de ruimte bekend staat als In-Situ Resource Utilisation, oftewel ISRU – zorgt ervoor dat er minder bouwmaterialen vanaf de aarde gestuurd hoeven te worden.
Het hoofdingrediënt zou een poederachtige aarde zijn die overal op het maanoppervlak te vinden is, bekend als maanregoliet. Ureum zorgt ervoor dat er slechts een beperkte hoeveelheid water nodig is voor het mengsel.
Dankzij toekomstige maanbewoners, zou de 1,5 liter afval die een persoon dagelijks genereert een veelbelovend bijproduct kunnen worden voor ruimteverkenning.
“Ureum is goedkoop en direct beschikbaar, maar helpt ook sterk bouwmateriaal te produceren voor een maanbasis,” legt Marlies uit.
Waarom ureum?
Na water is ureum het meest voorkomende bestanddeel van de menselijke urine. Ureum kan waterstofbindingen verbreken en de viscositeit van vloeibare mengsels verminderen. Urine bevat ook calciummineralen die helpen bij het uithardingsproces.
Op aarde wordt ureum op industriële schaal geproduceerd en op grote schaal gebruikt als industriële meststof en als grondstof door chemische en medische bedrijven.
“De hoop is dat op een toekomstige maanbasis urine van astronauten direct kan worden gebruikt, met kleine aanpassingen van het watergehalte. Dit is zeer praktisch en voorkomt dat de geavanceerde waterrecyclingsystemen in de ruimte nog ingewikkelder moeten worden,” legt Marlies uit.
In de mix
Meerdere tests hebben bevestigd dat dit betonsoort gemengd met ureum bestand is tegen zware ruimtelijke omstandigheden zoals vacuüm en extreme temperaturen. Deze twee factoren hebben het grootste effect op de fysische en mechanische eigenschappen van het bouwmateriaal voor het maanoppervlak.
Alle monsters werden onderworpen aan vacuüm- en vries-dooi-cycli om de extreme temperatuurveranderingen gedurende dagen en nachten op de maan te simuleren, welke kunnen variëren van -171°C tot 114°C. De monsters waren bestand tegen temperaturen van 114°C tot -80°C, een goede indicatie hoe het materiaal zich zou gedragen onder nog lagere temperaturen.
Community building
Een nauwe samenwerking tussen ESA-onderzoekers in Nederland en universiteiten in Noorwegen, Spanje en Italië onder het Ariadna-initiatief “stelde ons in staat om zo’n verkennend, enigszins riskant idee te onderzoeken dat niet alleen waardevolle resultaten kan opleveren voor ruimteverkenning, maar ook voor technologische toepassingen op aarde,” legt Marlies uit.
“De industrie zou kunnen profiteren van verfijnde recepten voor vuur- en hittebestendige anorganische polymeren die geschikt zijn voor additieve vervaardiging,” voegt zij toe.
Een van de belangrijkste punten die het team hierna wilt aanpakken is hoe basaltvezels van de maan het beton zouden kunnen versterken en hoe het materiaal het best gebruikt kan worden om een maankolonie te beschutten. Onderzoekers hopen dat deze nieuwe op ureum gebaseerde mortelspecie kan helpen om toekomstige astronauten te beschermen tegen schadelijke hoeveelheden van ioniserende straling.
