Under de kommande decennierna planerar NASA, European Space Agency (ESA), Kina och Ryssland alla att skapa utposter på månens yta som möjliggör en permanent mänsklig närvaro. Dessa förslag syftar till att utnyttja framstegen inom tillverkning av tillsatser (alias 3-D-utskrift) med In-Situ Resource Utilization (ISRU) för att möta de speciella utmaningarna att leva och arbeta på månen.
ESA har experimenterat med ”lunacrete” - månregolit i kombination med ett bindemedel för att skapa ett byggmaterial för deras internationella månby. Men nyligen genomförde ett forskargrupp en studie (i samarbete med ESA) som fann att lunacrete fungerar ännu bättre om du lägger till en speciell ingrediens som astronauterna gör helt själva - urin!
Mer specifikt den kemiska urea, en organisk förening som finns i djurens urin. Det ansvariga teamet för detta fynd leddes av Shima Pilehvar från Högskolan i Østfold och inkluderade medlemmar från Norge, Spanien, Nederländerna och Italien. Deras forskning, som nyligen dök upp i Journal of Cleaner Production, stöds av ESA: s European Space Research and Technology Center (ESTEC).
Som de beskriver i sin studie genomförde teamet flera experiment för att bestämma potentialen av urea att fungera som mjukgörare. När de införlivades i betong ville de se om den skulle mjukgöra den initiala blandningen och göra den mer flexibel innan härdningen. Testning av detta innebar användning av simulerad månregolit utvecklad av ESA med urea och olika mjukgörare och sedan 3D-tryckning av den resulterande produkten.
Ramón Pamies, professor vid Polytechnic University of Cartagena (UPCT) och en medförfattare till studien, beskrev hur lunacrete kommer att göras av astronauter i ett nyligen pressmeddelande från Sinc:
”För att göra geopolymerbetongen som kommer att användas på månen är tanken att använda det som finns där: regolith (lös material från månens yta) och vattnet från isen som finns i vissa områden. Men dessutom har vi med denna studie sett att en avfallsprodukt, såsom urinen från den personal som ockuperar månbaserna, också kunde användas. De två huvudkomponenterna i denna kroppsvätska är vatten och urea, en molekyl som gör att vätebindningarna kan brytas och därför minskar viskositeten hos många vattenhaltiga blandningar. "
Experimenten genomfördes vid Högskolan i Østfold i Norge, där proverna utformades och testades. De utsattes också för analys vid UPCT med användning av en teknik känd som röntgendiffraktion. Vad experimenten visade var att prover gjorda med urea kunde tolerera höga viktbelastningar medan de förblev nästan helt i samma form.
För att se hur de skulle tåla extrema temperaturvariationer, som de som finns på månen, värmdes proverna också till 80 ° C (176 ° F) och frystes sedan om och om igen. Efter åtta frys-tiningscykler testades deras motstånd igen och visade sig vara ännu starkare. Kort sagt, dessa tester visade att en annan in-situ-praxis (med latrin) kan hjälpa till att bygga månbaser som kan hantera elementen.
Medan dessa resultat är uppmuntrande (om lite), betonar teamet att ytterligare tester måste göras och att en extraktionsprocess ännu inte utformas. Som Anna-Lena Kjøniksen, en forskare från Högskolan i Østfold som övervakade studien, indikerade:
”Vi har ännu inte undersökt hur urea skulle extraheras från urinen, eftersom vi bedömer om detta verkligen skulle vara nödvändigt, för kanske dess andra komponenter också kan användas för att bilda geopolymerbetong. Det faktiska vattnet i urinen kan användas för blandningen, tillsammans med det som kan erhållas på månen, eller en kombination av båda. ”
Teamet betonade också behovet av ytterligare tester för att se vilket byggmaterial som skulle vara optimalt för att skapa månbaser. Förutom motståndskraft och tolerans för extrem värme och kyla, måste det också vara något som kan massproduceras av 3D-skrivare. Tyvärr är detta bara en av utmaningarna med att bygga en månbas.
Men som denna studie visar, ger sådana utmaningar möjlighet att bli kreativa. När vi kommer närmare och närmare den punkt där viktiga månmissioner är planerade - som Project Artemis, bara för att börja med - kan vi förvänta oss att fler kreativa lösningar kommer att föreslås.
