Een Marsbasis bouwen met bacteriën

Hoe maak je een Marsbasis? Simpel: je stuurt een capsule met wat bacteriën naar de rode planeet en laat ze daar ijzer mijnen. Na een aantal jaren stuur je er mensen achteraan die met het materiaal een basis bouwen. Dat is in een notendop het voorstel van PhD-student Benjamin Lehner van de TU Delft. Samen met Delftse collega's en onderzoekers van de ruimtevaartorganisaties ESA en NASA werkte hij vier jaar lang aan een uitgebreid plan voor een onbemande missie met bacteriën. Op vrijdag 22 november promoveert hij op zijn onderzoek aan de TU Delft.

Stel, je wilt een basis op Mars maken. Je zou dan natuurlijk een raket vol kunnen laden met astronauten, gereedschap en bouwmaterialen. Maar zo'n aanpak is, vanwege de astronomisch hoge kosten per kilo die bij een lancering komen kijken, enorm duur. En daar komt bij dat mensen slecht tegen de straling kunnen die ze onderweg en op de rode planeet zelf oplopen, zuurstof en flink wat voeding nodig hebben en ziek kunnen worden.

Onbemande capsule
Benjamin Lehner, een PhD-student van de TU Delft met een achtergrond in zowel nanotechnologie als biologie, bedacht een plan waar in de eerste jaren geen mens bij komt kijken, en waarvoor je ook geen zware bouwmaterialen naar Mars hoeft te sturen. In zijn proefschrift stelt hij voor om een onbemande capsule te gebruiken met daarin drie onderdelen: een rover, een bioreactor en een 3D-printer. De rover is niet veel meer dan een schep op wieltjes. Overdag schept het wagentje de ijzerrijke Marsgrond op en brengt het naar de bioreactor. De reactor zelf zit vol met bacteriën van de soort Shewanella oneidensis. "In de natuurlijke vorm kunnen we niets met het meeste ijzer in de Marsgrond", legt Lehner uit. "Maar S. oneidensis-bacteriën zijn in staat om een deel van de grond om te zetten in magnetiet, een magnetische ijzeroxide."

Micro-algen
Nadat de bacteriën hun werk hebben gedaan, kan het magnetiet met behulp van magneten aan de grond worden onttrokken. De 3D-printer kan het dan met een techniek genaamd Lithography-based Ceramic Manufacturing (LCM) omzetten in schroefjes, moertjes, ijzerplaten en andere voorwerpen – alles wat toekomstige kolonisten nodig hebben bij de bouw van een Marsbasis. Belangrijke voordelen van bacteriën zijn dat ze zich kunnen reproduceren, gemakkelijk en goedkoop te transporteren zijn en dat ze bestand zijn tegen grote hoeveelheden straling. In Lehners plan zorgen micro-algen voor hun voeding. De algen zetten zonlicht en CO2 uit de Marsatmosfeer om in voedingsstoffen en zuurstof. Ze produceren daarbij ook restafval, wat weer gebruikt kan worden als compost voor de verbouwing van gewassen. De bioreactor produceert zelf ook organisch restafval. Voor de eerste kolonisten zal dat een belangrijke grondstof zijn.

Besmettingsgevaar
Lehner en zijn team hebben uitgerekend hoeveel ijzer een onbemande capsule met een reactor van 1400 liter kan produceren: ongeveer 350 kilogram per jaar. "Na 3,3 jaar zou je meer ijzer hebben dan er in de capsule past", zegt hij. "Door meerdere van dit soort onbemande modules naar Mars te sturen, kun je in een paar jaar tijd een mooie hoeveelheid ijzer produceren."  

Ook over de opslag van het 3D-geprinte materiaal heeft Lehner nagedacht. "We willen voorkomen dat de bacteriën de planeet besmetten", zegt hij, "want dat zou de zoektocht naar leven op Mars kunnen hinderen." De oplossing: een opblaasbare kamer die aan één kant van de capsule vast komt te zitten. In deze afgeschermde ruimte kan het materiaal veilig worden opgeslagen. 

Verder uitwerken
Lehners voorstel past in een aanpak die de laatste jaren steeds populairder is geworden in de ruimtevaart: in situ resource utilization (ISRU), het verzamelen, verwerken en gebruiken van materialen die al van nature op een planeet of ander hemellichaam aanwezig zijn. "ISRU is een belangrijke technologie die we moeten ontwikkelen om duurzame verkenning mogelijk te maken", aldus Dr. Aidan Cowley, Science Advisor bij ESA. "We moeten alle benaderingen onderzoeken, en in die context voegt Benjamins werk waardevolle inzichten in biologische processen voor dit soort toepassingen toe."

ESA en NASA hebben al aangegeven dat ze Lehners ideeën verder willen uitwerken. "Wie weet wordt dit plan dus ooit werkelijkheid", zegt hij trots.