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Investigadores del Instituto Tecnológico de Georgia han desarrollado un concepto que permitiría fabricar en Marte combustible para cohetes que podría utilizarse para lanzar a futuros astronautas de vuelta a la Tierra. El proceso se describe en un artículo publicado en la revista Nature Communications.
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. El primero sería una cianobacteria (alga), que tomaría el CO₂ de la atmósfera marciana y utilizaría la luz solar para crear azúcares. Una E. coli modificada, 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, llamado 2,3-butanediol, existe actualmente, puede ser creado por E. coli y, en la Tierra, se utiliza para fabricar polímeros para la producción de caucho.
Los motores de los cohetes que parten de Marte están actualmente planificados para ser 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 alimentar una nave espacial de regreso a la órbita marciana. Ese transporte es caro: se calcula que el transporte de las 30 toneladas de metano y LOX necesarias costaría unos 8.000 millones de dólares. Para reducir este coste, la NASA ha propuesto utilizar la catálisis química para convertir el dióxido de carbono marciano en LOX, aunque para ello sigue siendo necesario transportar el metano desde la Tierra.
Como alternativa, los investigadores de Georgia Tech proponen una estrategia de utilización de recursos in situ basada en la biotecnología (bio-ISRU) que puede producir tanto el propulsor como el LOX a partir del CO₂.
El documento describe el proceso, que comienza con el transporte de materiales plásticos a Marte, que se montarían en fotobiorreactores del tamaño de cuatro campos de fútbol. Las cianobacterias crecerían en los reactores mediante la fotosíntesis (que requiere dióxido de carbono). Las enzimas de un reactor separado descompondrían las cianobacterias en azúcares, que podrían alimentar a la E. coli para producir el propulsor del cohete. El propulsor se separaría del caldo de fermentación de la E. coli mediante métodos avanzados de separación.
La investigación del equipo concluye que la estrategia de la bio-ISRU utiliza un 32% menos de energía (pero pesa tres veces más) que la estrategia propuesta de enviar metano desde la Tierra y producir oxígeno mediante catálisis química.
"Se necesita mucha menos energía para el despegue en Marte, lo que nos dio la flexibilidad de considerar diferentes productos químicos que no están diseñados para el lanzamiento de cohetes en la Tierra", dijo Pamela Peralta-Yahya, autora correspondiente del estudio y profesora asociada en la Escuela de Química y Bioquímica y ChBE que diseña microbios para la producción de productos químicos.
"Empezamos a considerar formas de aprovechar la menor gravedad del planeta y la falta de oxígeno para crear soluciones que no son relevantes para los lanzamientos en la Tierra".
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| Concepción artística de astronautas y hábitats humanos en Marte. Crédito: Cortesía: NASA |
"El 2,3-butanediol existe desde hace mucho tiempo, pero nunca habíamos pensado en utilizarlo como propulsor. Tras el análisis y el estudio experimental preliminar, nos dimos cuenta de que en realidad es un buen candidato", dijo Wenting Sun, profesor asociado de la Escuela Daniel Guggenheim de Ingeniería Aeroespacial, que trabaja en los combustibles.
El equipo de Georgia Tech abarca todo el campus. Químicos, ingenieros químicos, mecánicos y aeroespaciales se unieron para desarrollar la idea y el proceso para crear un combustible marciano viable. Además de Kruyer, Peralta-Yahya y Sun, el grupo incluía a Caroline Genzale, experta en combustión y profesora asociada de la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff, y a Matthew Realff, profesor y becario David Wang Sr. en ChBE, experto en síntesis y diseño de procesos.
El equipo busca ahora llevar a cabo la optimización biológica y de materiales identificados para reducir el peso del proceso bio-ISRU y hacerlo más ligero que el proceso químico propuesto. Por ejemplo, si se mejora la velocidad de crecimiento de las cianobacterias en Marte, se reducirá el tamaño del fotobiorreactor, lo que disminuirá considerablemente la carga útil necesaria para transportar el equipo desde la Tierra.
Fuentes, créditos y referencias:
Nicholas S. Kruyer et al, Designing the bioproduction of Martian rocket propellant via a biotechnology-enabled in situ resource utilization strategy, Nature Communications (2021). DOI: 10.1038/s41467-021-26393-7
Imagen: Los fotobiorreactores del tamaño de cuatro campos de fútbol, cubiertos de cianobacterias, podrían producir combustible para cohetes en Marte. Crédito: Estudio móvil BOKO