W ciągu kilku następnych dziesięcioleci NASA, Europejska Agencja Kosmiczna (ESA), Chiny i Rosja planują stworzyć posterunki na powierzchni Księżyca, które umożliwią stałą obecność człowieka. Propozycje te mają na celu wykorzystanie postępów w dziedzinie wytwarzania przyrostowego (czyli drukowania trójwymiarowego) dzięki wykorzystaniu zasobów in situ (ISRU) w celu rozwiązania szczególnych problemów życia i pracy na Księżycu.
Ze względu na swoją międzynarodową wioskę księżycową ESA eksperymentuje z „lunacrete” - księżycowym regolitem połączonym ze środkiem wiążącym w celu stworzenia materiału budowlanego. Ale ostatnio zespół naukowców przeprowadził badanie (we współpracy z ESA), które wykazało, że lunacrete działa jeszcze lepiej, jeśli dodasz specjalny składnik, który astronauci wytwarzają samodzielnie - mocz!
Mówiąc dokładniej, chemiczny mocznik, związek organiczny występujący w moczu zwierząt. Zespół odpowiedzialny za to znalezisko był prowadzony przez Shima Pilehvara z Østfold University College i obejmował członków z Norwegii, Hiszpanii, Holandii i Włoch. Ich badania, które niedawno pojawiły się w Journal of Cleaner Production, był wspierany przez Europejskie Centrum Badań i Technologii Kosmicznych ESA (ESTEC).
Jak opisali w swoich badaniach, zespół przeprowadził kilka eksperymentów, aby określić potencjał mocznika do działania jako plastyfikator. Po włączeniu do betonu chcieli sprawdzić, czy zmiękczy on początkową mieszaninę i sprawi, że będzie bardziej giętka przed stwardnieniem. Testowanie tego polegało na zastosowaniu symulowanego regolitu księżycowego opracowanego przez ESA z mocznikiem i różnymi plastyfikatorami, a następnie wydrukowano trójwymiarowo otrzymany produkt.
Ramón Pamies, profesor z Politechniki w Cartagenie (UPCT) i współautor badań, opisał, w jaki sposób astronauci będą wytwarzać lunacrete w niedawnym komunikacie prasowym Sinc:
„Aby wytworzyć geopolimerowy beton, który będzie używany na Księżycu, chodzi o to, co tam jest: regolit (luźny materiał z powierzchni księżyca) i wodę z lodu obecną w niektórych obszarach. Co więcej, dzięki tym badaniom widzieliśmy, że można również użyć produktu odpadowego, takiego jak mocz personelu zajmującego bazy księżycowe. Dwoma głównymi składnikami tego płynu ustrojowego są woda i mocznik, cząsteczka, która pozwala na zerwanie wiązań wodorowych, a zatem zmniejsza lepkość wielu wodnych mieszanin. ”
Eksperymenty przeprowadzono w Østfold University College w Norwegii, gdzie próbki zostały zaprojektowane i przetestowane. Zostały również poddane analizie w UPCT przy użyciu techniki znanej jako dyfrakcja rentgenowska. Eksperymenty wykazały, że próbki wykonane z mocznika były w stanie tolerować duże obciążenia ciężarem, pozostając prawie całkowicie w tym samym kształcie.
Aby zobaczyć, jak wytrzymają ekstremalne wahania temperatury, takie jak obecne na Księżycu, próbki również ogrzewano do 80 ° C (176 ° F), a następnie zamrażano w kółko. Po ośmiu cyklach zamrażania i rozmrażania ich odporność została ponownie przetestowana i okazała się jeszcze silniejsza. Krótko mówiąc, testy te wykazały, że inna praktyka in-situ (przy użyciu latryny) może pomóc w budowie księżycowych podstaw, które mogą obsługiwać elementy.
Chociaż wyniki te są zachęcające (choć trochę), zespół podkreśla, że należy przeprowadzić dalsze testy i jeszcze opracować proces ekstrakcji. Jak powiedziała Anna-Lena Kjøniksen, badaczka z Østfold University College, która nadzorowała badanie:
„Nie badaliśmy jeszcze, w jaki sposób mocznik będzie wydobywany z moczu, ponieważ oceniamy, czy byłoby to naprawdę konieczne, ponieważ być może jego inne składniki mogłyby być również wykorzystane do utworzenia geopolimeru. Rzeczywista woda w moczu może być użyta do mieszanki, wraz z tą, którą można uzyskać na Księżycu, lub kombinacją obu. ”
Zespół podkreślił także potrzebę dalszych testów, aby sprawdzić, który materiał budowlany byłby optymalny do stworzenia baz księżycowych. Oprócz odporności i tolerancji na ekstremalne ciepło i zimno, będzie to także coś, co może być masowo produkowane przez drukarki 3D. Niestety, to tylko jedno z wyzwań związanych z budowaniem bazy księżycowej.
Ale jak pokazuje to badanie, takie wyzwania dają szansę na kreatywność. W miarę zbliżania się do momentu, w którym planowane są kluczowe misje księżycowe - takie jak Project Artemis, tylko na początek - możemy spodziewać się, że zostaną zaproponowane bardziej kreatywne rozwiązania.
