Hefe statt Beton: Wissenschaftler schlagen vor, Häuser auf dem Mars aus lebenden Proteinen und Eis zu drucken

Eine Gruppe von Forschern hat in der Fachzeitschrift Chem Circularity eine Arbeit veröffentlicht, die einen grundlegend neuen Ansatz zur Herstellung von Baumaterialien für zukünftige Marsbasen beschreibt. Anstelle des klassischen Schmelzens oder Sinterns des lokalen Regoliths schlagen die Autoren vor, bioingenieurtechnisch hergestellte Hefe und Gelatine als Grundlage für den 3D-Druck zu verwenden. Laut Angaben des Mediums RBC-Ukraine stützt sich das Konzept auf physikalisch-chemische Gefrier- und Sublimationsprozesse – dieselben Mechanismen, die bei der Trocknung von Früchten angewendet werden, hier jedoch auf die extremen Bedingungen der Marsatmosphäre übertragen. Das die Publikation begleitende Illustrationsbild zeigt geodätische Kuppelstrukturen in einer Wüstenlandschaft bei Sonnenuntergang – eine visuelle Metapher für zukünftige hybride Behausungen und keine realen Bauten.

Wie der „Kleber“ aus Hefe zu einem Baublock wird

Der Technologie liegen zwei miteinander verbundene Prozesse zugrunde. Erstens produzieren genetisch modifizierte Hefezellen spezialisierte Proteinverbindungen, die als Adhäsivum dienen: Sie verbinden die Komponenten der Mischung – Gelatine, Mineralpartikel und Wasser – zu einer einheitlichen Masse. Zweitens gefriert die Feuchtigkeit in der Mischung, nachdem dieses „Biopins“ durch die Düse des 3D-Druckers aufgetragen wurde, unter den Bedingungen der verdünnten und extrem kalten Marsluft praktisch augenblicklich. Anschließend setzt die Sublimation ein: Das Eis verdampft direkt in die Gasphase, ohne den flüssigen Zustand zu durchlaufen. Es entsteht eine leichte, poröse, schaumartige Struktur, die in der Textur an Aerogel oder Zellenbeton erinnert.

Festigkeit auf dem Niveau von minderwertigem Beton und energetischer Vorteil

Den Ergebnissen der Labormessungen zufolge weist das gehärtete Material eine Druckfestigkeit von etwa 12 MPa auf. Zur Orientierung: Normaler Bausbeton der Klassen B15–B20 hat eine Festigkeit im Bereich von 11,5–20 MPa, das heißt, der vorgeschlagene Biomaterial ist mit minderwertigem Beton vergleichbar, was für einen äußeren Rahmen und eine Wärmedämmung durchaus akzeptabel ist. Der Hauptvorteil der Methode liegt in der enormen Ersparnis an Energie. Die Autoren betonen, dass die Herstellung der Bioblocke um eine bis zwei Größenordnungen (also um das 10- bis 100-Fache) weniger Energie erfordert als das traditionelle Schmelzen oder Sintern des Marsbodens. Ein weiterer Pluspunkt: Unter der Voraussetzung, dass die lebenden Hefezellen während der Lagerung erhalten bleiben, kann das Material recycelt und wiederverwendet werden, was für geschlossene Ökosysteme einer Kolonie von entscheidender Bedeutung ist.

Labortests: Bienenwaben mit 45 Millimetern Höhe

Im aktuellen Stadium haben die Forscher erfolgreich in Laborkonditionen miniaturisierte Teststrukturen in Form von Bienenwaben mit einer Höhe von 45 Millimetern gedruckt. Dies ist eine Demonstration der Funktionsfähigkeit des Prinzips der Technologie und keine Herstellung funktionaler Elemente eines Wohnmoduls. Die Skalierung von millimetergroßen Proben auf meterhohe Wände und Kuppeln erfordert die Lösung einer Reihe ingenieurtechnischer Aufgaben: die Kalibrierung des Druckers für den Marsdruck (etwa 0,6 kPa gegenüber 101,3 kPa auf der Erde), die Kontrolle der Sublimationsgeschwindigkeit und die Gewährleistung der Stabilität der Proteinmatrix bei langfristiger Lagerung im Weltraumvakuum.

Einschränkungen: Warum Hefe eine dichte Kuppel nicht ersetzen wird

Die Autoren der Arbeit weisen ehrlich darauf hin, dass das Biopins die traditionellen konstruktiven Elemente des Marswohnraums nicht vollständig ersetzen kann. Ein echter bewohnbarer Modul muss mehrere kritische Parameter garantieren: vollständige Dichtheit zur Aufrechterhaltung des inneren Atmosphärendrucks, Schutz vor ionisierender Strahlung (sowohl solarer als auch kosmischer Strahlung) und eine Barriere gegen den abrasiven Marsstaub, dessen Partikel Perchlorate enthalten. Daher werden zukünftige Basen nach Einschätzung der Forscher höchstwahrscheinlich hybride Bauten sein: Die Hefeblocke übernehmen die Rolle des äußeren Rahmens, der wärmedämmenden Schicht und möglicherweise der ersten Barriere gegen feinen Staub, während der dichte Wohnraum, der Strahlenschutz und die Lebenserhaltungssysteme auf traditionellen ingenieurtechnischen Lösungen beruhen bleiben.

Widersprüchliche Daten

In den vorliegenden Quellen wurden keine direkten faktischen Widersprüche festgestellt: Der einzige Verweis – die Publikation von RBC-Ukraine unter Bezugnahme auf Chem Circularity – enthält stimmige Zahlen (12 MPa, 45 mm, eine bis zwei Größenordnungen Energieeinsparung). Allerdings ist zu beachten, dass die Formulierung „um eine bis zwei Größenordnungen weniger“ einen Bereich und keinen genauen Wert darstellt, und ohne Zugang zum vollständigen Text des Artikels in der Zeitschrift lässt sich nicht bestimmen, welcher genaue Energiewert (pro Masseneinheit oder pro Volumeneinheit) mit dem Basisszenario des Sinterns verglichen wird. Außerdem wird der Begriff „Druckfestigkeit von etwa 12 MPa“ ohne Fehlerangabe und ohne Angabe der Prüfbedingungen (Belastungsgeschwindigkeit, Feuchtigkeit, Temperatur) genannt, was die Möglichkeit einer direkten ingenieurtechnischen Extrapolation auf reale Marsbedingungen einschränkt.