Dùng tinh bột khoai tây phát triển 'bê tông vũ trụ' để xây dựng nhà ở trên sao Hỏa

Hơn 50 năm sau khi loài người lần đầu tiên đặt chân lên Mặt trăng, nhân loại đang chuẩn bị thực hiện những bước tiến lớn tiếp theo trrong hành trình khám phá vũ trụ. Mặt trăng và sau đó là sao Hỏa, sẽ là điểm đến đầu tiên cho công cuộc định cư ngoài Trái đất của con người.

Các nhà khoa học đã thử nghiệm nhiều vật liệu khác nhau để xây dựng những môi trường sống như vậy trên sao Hỏa. Một sự đổi mới trong lĩnh vực này đến từ các nhà khoa học tại Đại học Manchester. Họ đã phát triển một loại "bê tông vũ trụ" mới bao gồm thành phần bụi ngoài Trái đất - theo thông cáo báo chí của nhóm nghiên cứu.

Vì không thể quay trở lại Trái đất nhanh chóng trong các sứ mạng không gian xa xôi này, việc phải dựa vào các vật liệu có thể tìm thấy tại chỗ là rất quan trọng. Mang theo vật liệu cơ sở hạ tầng từ Trái đất sẽ cực kỳ tốn kém đối với các cơ quan vũ trụ.

Bê tông vũ trụ cứng hơn bê tông thông thường

Vật liệu mới được gọi là "StarCrete". Cùng với bụi ngoài Trái đất, thành phần của vật liệu này còn bao gồm tinh bột khoai tây và muối.

Khi trộn với bụi sao Hỏa mô phỏng, nhóm nghiên cứu đã chứng minh rằng tinh bột khoai tây hoạt động như một chất kết dính cho loại bê tông này. Vật liệu thu được cứng gấp đôi so với bê tông thông thường và có thể được sử dụng để xây dựng các thế giới ngoài vũ trụ.

Nghiên cứu lưu ý rằng StarCrete có cường độ 72 Megapascal (MPa), trong khi bê tông thông thường có cường độ 32 MPa. Khi được thử nghiệm trộn với bụi Mặt trăng, StarCrete vượt trội hơn tất cả những loại khác ở mức 91 MPa.

Theo tính toán, một bao khoai tây nặng 25 kg chứa đủ tinh bột để sản xuất gần nửa tấn StarCrete, tương đương 213 viên gạch. Họ cũng phát hiện ra rằng muối thông thường (magiê clorua, được tìm thấy trên sao Hỏa) và nước mắt của các phi hành gia có thể giúp cải thiện thêm độ bền của vật liệu này.

Trước đây, nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm máu và nước tiểu của con người như một chất kết dính, tuy nhiên, điều này là không thực tế đối với công việc quy mô lớn và sức khỏe của phi hành gia có thể bị nguy hiểm trong môi trường không gian khắc nghiệt.

"Chúng tôi sẽ sản xuất tinh bột làm thức ăn cho các phi hành gia, vì thế nên coi đó là chất liên kết thay vì dùng máu người. Ngoài ra, các công nghệ xây dựng hiện tại vẫn cần nhiều năm phát triển và cần năng lượng đáng kể cũng như thiết bị xử lý hạng nặng bổ sung, tất cả sẽ làm tăng thêm chi phí và độ phức tạp cho một sứ mạng không gian. StarCrete không cần bất kỳ thứ gì trong số này và vì vậy nó đơn giản hóa nhiệm vụ, giúp nó giảm chi phí và khả thi hơn", Tiến sĩ Aled Roberts tại Đại học Manchester - nhà nghiên cứu chính của dự án này, cho biết trong một tuyên bố.

Hơn nữa, StarCrete có thể là một giải pháp thay thế thân thiện với môi trường hơn so với bê tông truyền thống được sử dụng trên Trái đất. Sản xuất xi măng và bê tông chiếm khoảng 8% lượng khí thải CO2 toàn cầu. Sau khi hoàn thành nghiên cứu này, nhóm sẽ tiếp tục thử nghiệm tăng cường sức mạnh của StarCrete để sử dụng trong tương lai.

Năng lực công nghệ mạnh mẽ và giá cả phải chăng là cần thiết trước khi có thể thiết lập sự hiện diện bền vững của con người trên bề mặt Mặt trăng và sao Hỏa. Một thách thức chính là sản xuất vật liệu cấu trúc có độ bền cao từ các nguồn tài nguyên tại chỗ để cung cấp môi trường sống rộng rãi với khả năng che chắn bức xạ đầy đủ. Lý tưởng nhất là việc sản xuất các vật liệu như vậy sẽ đạt được thông qua các quy trình tương đối đơn giản, tốn ít năng lượng để hỗ trợ các hệ thống quan trọng khác.

Trong nghiên cứu trên, các nhà khoa học đã sử dụng tinh bột thông thường làm chất kết dính cho khối đá ngoài Trái đất mô phỏng để tạo ra vật liệu tổng hợp sinh học có độ bền cao. Với kỹ thuật này, lượng tinh bột dư thừa được sản xuất làm thức ăn cho cư dân có thể được sử dụng cho xây dựng, tích hợp hai hệ thống quan trọng và đơn giản hóa đáng kể kiến ​​trúc cần thiết để duy trì các vùng lãnh thổ sơ khai ngoài Trái đất của con người.

Sau khi được tối ưu hóa, StarCrete với thành phần bụi Mặt trăng và sao Hỏa đạt cường độ nén lần lượt là 91,7 và 72 MPa, nằm trong phạm vi của bê tông cường độ cao (>42 MPa) và vượt qua hầu hết các giải pháp công nghệ được đề xuất khác mặc dù đây là một quy trình tiêu tốn năng lượng tương đối thấp. Độ bền uốn của bê tông Mặt trăng và sao Hỏa lần lượt là 2,1 và 8,4 MPa, cũng tương đương với bê tông thông thường.