Pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia desenvolveram um conceito que faria combustível de foguete marciano, em Marte, que poderia ser usado para lançar futuros astronautas de volta à Terra.
O processo de bioprodução usaria três recursos nativos do planeta vermelho: dióxido de carbono, luz solar e água congelada. Também incluiria o transporte de dois micróbios para Marte. O primeiro seria cianobactérias (algas), que pegariam CO2 da atmosfera marciana e usariam a luz do sol para criar açúcares. Uma E. coli projetada, que seria enviada da Terra, converteria esses açúcares em um propelente específico de Marte para foguetes e outros dispositivos de propulsão. O propelente marciano, chamado 2,3-butanodiol, existe atualmente, pode ser criado pela E. coli e, na Terra, é usado para fazer polímeros para a produção de borracha.
O processo é descrito em um artigo publicado na revista Nature Communications.
Os motores de foguete saindo de Marte estão atualmente planejados para serem alimentados por metano e oxigênio líquido (LOX). Nenhum dos dois existe no planeta vermelho, o que significa que precisariam ser transportados da Terra para alimentar uma espaçonave de retorno à órbita marciana. Esse transporte é caro: o transporte das 30 toneladas de metano e LOX necessárias está estimado em cerca de US $ 8 bilhões. Para reduzir esse custo, a NASA propôs o uso de catálise química para converter o dióxido de carbono marciano em LOX, embora isso ainda exija o transporte de metano da Terra.
Como alternativa, os pesquisadores da Georgia Tech propõem uma estratégia de utilização de recursos in situ baseada em biotecnologia (bio-ISRU) que pode produzir o propelente e o LOX a partir do CO2. Os pesquisadores dizem que fazer o propelente em Marte usando recursos marcianos pode ajudar a reduzir o custo da missão. Além disso, o processo de bio-ISRU gera 44 toneladas de oxigênio limpo em excesso que poderiam ser reservadas para uso para outras finalidades, como apoiar a colonização humana.
“O dióxido de carbono é um dos únicos recursos disponíveis em Marte. Saber que a biologia é especialmente boa em converter CO2 em produtos úteis torna-o um bom ajuste para a criação de combustível de foguete”, disse Nick Kruyer, primeiro autor do estudo e um recente Ph. D. bolsista da Escola de Engenharia Química e Biomolecular da Georgia Tech (ChBE).
O artigo descreve o processo, que começa com o transporte de materiais plásticos para Marte, que seriam montados em fotobiorreatores que ocupam o tamanho de quatro campos de futebol. As cianobactérias cresceriam nos reatores por meio da fotossíntese (que requer dióxido de carbono). As enzimas em um reator separado quebrariam as cianobactérias em açúcares, que poderiam ser alimentados à E. coli para produzir o propelente de foguete. O propelente seria separado do caldo de fermentação de E. coli usando métodos de separação avançados.
A pesquisa da equipe descobriu que a estratégia bio-ISRU usa 32% menos energia (mas pesa três vezes mais) do que a estratégia quimicamente habilitada de enviar metano da Terra e produzir oxigênio por catálise química.
Como a gravidade em Marte é apenas um terço do que é sentida na Terra, os pesquisadores foram capazes de ser criativos ao pensar nos combustíveis potenciais.
“Você precisa de muito menos energia para decolar em Marte, o que nos deu a flexibilidade de considerar diferentes produtos químicos que não são projetados para o lançamento de foguetes na Terra”, disse Pamela Peralta-Yahya, autora correspondente do estudo e associada professor da Escola de Química e Bioquímica e ChBE que desenvolve micróbios para a produção de produtos químicos. “Começamos a considerar maneiras de tirar proveito da baixa gravidade do planeta e da falta de oxigênio para criar soluções que não são relevantes para os lançamentos na Terra.”
“O 2,3-butanodiol existe há muito tempo, mas nunca pensamos em usá-lo como propelente. Após análise e estudo experimental preliminar, percebemos que é realmente um bom candidato”, disse Wenting Sun, professor associado em a Escola Daniel Guggenheim de Engenharia Aeroespacial, que trabalha com combustíveis.
A equipe da Georgia Tech abrange o campus. Químicos, engenheiros químicos, mecânicos e aeroespaciais se reuniram para desenvolver a ideia e o processo para criar um combustível marciano viável. Além de Kruyer, Peralta-Yahya e Sun, o grupo incluía Caroline Genzale, especialista em combustão e professora associada da Escola de Engenharia Mecânica George W. Woodruff, e Matthew Realff, professor e David Wang Sênior Fellow em ChBE, que é especialista em síntese e design de processos.
A equipe agora está procurando realizar a otimização biológica e de materiais identificada para reduzir o peso do processo bio-ISRU e torná-lo mais leve do que o processo químico proposto. Por exemplo, melhorar a velocidade com que as cianobactérias crescem em Marte reduzirá o tamanho do fotobiorreator, reduzindo significativamente a carga útil necessária para transportar o equipamento da Terra.
“Também precisamos realizar experimentos para demonstrar que as cianobactérias podem ser cultivadas em condições marcianas”, disse Realff, que trabalha na análise de processos baseados em algas. “Precisamos considerar a diferença no espectro solar de Marte devido à distância do Sol e à falta de filtragem atmosférica da luz do sol. Altos níveis ultravioleta podem danificar as cianobactérias.”
A equipe da Georgia Tech enfatiza que reconhecer as diferenças entre os dois planetas é fundamental para o desenvolvimento de tecnologias eficientes para a produção ISRU de combustível, alimentos e produtos químicos em Marte. É por isso que eles estão abordando os desafios biológicos e materiais no estudo em um esforço para contribuir com o objetivo da futura presença humana além da Terra.
“O laboratório Peralta-Yahya se destaca em encontrar novas e excitantes aplicações para biologia sintética e biotecnologia, enfrentando empolgantes problemas de sustentabilidade”, acrescentou Kruyer. “A aplicação da biotecnologia em Marte é uma maneira perfeita de fazer uso dos recursos limitados disponíveis com o mínimo de materiais iniciais.”
Publicado em 28/10/2021 17h55
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