NeoFronteras

Proponen un método alternativo a la síntesis in situ de combustible para cohetes para misiones de retorno desde Marte.

Los investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia han desarrollado un concepto que haría posible que los futuros astronautas en Marte usaran cohetes cuyo combustible se extrajera de los recursos del propio planeta rojo.

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 tipos de microorganismos a Marte. El primero serían cianobacterias que tomaría CO2 de la atmósfera marciana y usaría la luz del sol para sintetizar azúcares. Unas bacterias E. coli modificadas convertirían esos azúcares en un combustible específico para los cohetes y otros dispositivos de propulsión. Este propelente sería 2,3-butanodiol, que actualmente puede ser creado por E. coli en en la Tierra y que se usa para hacer polímeros en la producción de caucho.

Actualmente se tiene previsto que los motores de cohetes que despeguen de Marte sean alimentados por metano y oxígeno líquido. Estos compuestos no existen en el planeta rojo, lo que significa que tendrían que ser transportados desde la Tierra para poder alimentar una nave espacial de retorno desde la órbita marciana.

Pero este transporte es caro. Se estima que enviar 30 toneladas de metano y oxígeno líquido costaría alrededor de 8 mil millones de dólares. Para reducir este costo, la NASA ha propuesto usar la catálisis química y así convertir el dióxido de carbono marciano en oxígeno líquido, aunque esto todavía requiere que el metano sea transportado desde la Tierra.

Como alternativa, los investigadores de Georgia Tech proponen una estrategia de utilización de recursos in situ basada en la biotecnología que puede producir tanto el propelente como el oxígeno líquido. Los investigadores dicen que la adopción de esta estrategia podría ayudar a reducir el costo de la misión. Además, el proceso generaría 44 toneladas de exceso de oxígeno limpio que podría usarse para otros fines, como dar soporte a una hipotética colonia humana en Marte.

Según Nick Kruyer (Georgia Tech), el dióxido de carbono es uno de los pocos recursos disponibles en Marte y que saber que la biología es especialmente buena en la conversión de CO2 en productos útiles hace que sea una buena idea a la hora de sintetizar combustible de cohetes.

El proceso comenzaría con el envío de materiales plásticos a Marte que se ensamblarían para formar fotobiorreactores que ocupan¡rían el tamaño de casi tres hectáreas. En los reactores proliferarían cianobacterias que realizarían la fotosíntesis y que usarían dióxido de carbono de la atmósfera marciana. Por separado, las enzimas en un reactor descompondrían los productos generados por las cianobacterias en azúcares y estos, a su vez, servirían para alimentar bacterias a la E. coli que finalmente producirían el propelente de cohete. Al final el propelente se separaría del caldo de fermentación de E. coli utilizando métodos de separación avanzados.

El estudio de este equipo encuentra que esta estrategia utiliza un 32% menos de potencia, aunque pese tres veces más, que la estrategia propuesta de enviar metano desde la Tierra y producir in situ oxígeno a través de la catálisis química.

Debido a que la gravedad en Marte es solo un tercio que en la Tierra, los investigadores pudieron ser creativos. «Se necesita mucha menos energía para despegar desde Marte, lo que nos dio la flexibilidad para considerar diferentes productos químicos que no están diseñados para el lanzamiento de cohetes en la Tierra. Comenzamos a considerar formas de aprovechar la gravedad más baja del planeta y la falta de oxígeno para crear soluciones que no son relevantes para los lanzamientos en la Tierra», dice Pamela Peralta-Yahya.

«El 2,3-Butanediol ha existido durante mucho tiempo, pero nunca pensamos en usarlo como un propelente. Después del análisis y el estudio experimental preliminar, nos dimos cuenta de que en realidad es un buen candidato», dice Sun Sun.

El equipo de Georgia Tech, que incluía químicos e ingenieros químicos, mecánicos y aeroespaciales, desarrolló la idea y este proceso para crear in situ un combustible viable en Marte. Ahora están buscando realizar la optimización biológica y de materiales para reducir el peso del proceso y hacerlo más ligero que el proceso químico tradicional. Así, por ejemplo, se puede mejorar la velocidad a la que crecen las cianobacteria en Marte, lo que reduciría el tamaño del fotobiorreactor, lo que implicaría una reducción significativ de la carga útil requerida para transportar el equipo desde la Tierra.

También tienen que realizar experimentos para demostrar que la cianobacteria puede crecer en condiciones marcianas debido a que la insolación es diferente a la de la Tierra, tanto por la distancia de Sol a Marte como el filtrado de la atmósfera. Así, los rayos ultravioleta, que en Marte no son filtrados por una capa de ozono, podrían dañar a las cianobacterias.

El equipo de Georgia Tech enfatiza que reconocer las diferencias entre los dos planetas es fundamental para desarrollar tecnologías eficientes para la producción de combustible, alimentos y productos químicos en Marte. Es por eso que están abordando los desafíos biológicos y de materiales en un esfuerzo por contribuir al objetivo de la presencia humana futura más allá de la Tierra.

«El laboratorio Peralta-Yahya sobresale a la hora de encontrar nuevas y emocionantes aplicaciones para la biología sintética y la biotecnología, abordando problemas emocionantes en la sostenibilidad. La aplicación de la biotecnología en Marte es una manera perfecta de hacer uso de recursos limitados disponibles con materiales de partida mínimos», agregó Kruyer.

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Fuentes y referencias:
Artículo original.
Ilustración: BOKO mobile study.