Raumfahrt: Gentechnisch veränderte Hefe soll Marsgebäude zusammenhalten

Jeder Transport von der Erde zum Mars ist teuer, deshalb müssen künftige Marsgebäude weitgehend aus Material bestehen, das vor Ort verfügbar ist. Klassische Bauverfahren stoßen dabei an Grenzen: Die dünne Marsatmosphäre und die extreme Kälte lassen Wasser rasch gefrieren und direkt in Gas übergehen, während Verfahren, die Gestein schmelzen oder stark erhitzen, zusätzliche Energie erfordern, die auf dem Mars knapp ist. Ein Team der Hong Kong University of Science and Technology um Jishen Qiu hat deshalb einen sogenannten lebenden Baustoff entwickelt, einen Verbund aus mineralischen Körnern, Gelatine und gentechnisch veränderter Hefe. Unter simulierten Marsbedingungen lässt sich das Material drucken und härtet dabei so weit aus, dass es an die Druckfestigkeit von einfachem Beton heranreicht.

Hefe als biologischer Klebstoff

Mineralische Körner liefern in dem Verbund Masse und Struktur, Gelatine hält die Bestandteile zusammen und bietet der Hefe zugleich einen Lebensraum. Die Forscher:innen statteten die Hefezellen gentechnisch mit stark haftenden Proteinen aus, darunter Varianten, die dem Klebstoff von Muscheln nachempfunden sind. Diese Kombination soll dem gedruckten Material zusätzlichen Halt geben, ohne dass energieintensive Schmelz- oder Brennverfahren nötig werden.

Marskälte verfestigt das Druckmaterial

Statt die widrigen Bedingungen des Mars nur als Hindernis zu behandeln, macht das Team sie zum Teil des Herstellungsprozesses. Bei Versuchen in einer Klimakammer druckte die Gruppe das Material bei minus 30 Grad Celsius und einem Luftdruck von 0,01 Atmosphären, Bedingungen, die dem Gefriertrocknen ähneln. Das Wasser im frisch gedruckten Strang gefriert und geht anschließend direkt in Wasserdampf über. Zurück bleibt ein poröser, schaumartiger Feststoff, der ohne zusätzliche Heizenergie entsteht. Ein Preprint des Teams zeigt außerdem, wie empfindlich der Druckprozess auf Temperatur und Luftdruck reagiert: Sinkt der Druck zu stark, bilden sich Gasblasen, die das Material instabil machen können.

Festigkeit erreicht einfachen Beton

Die ausgehärteten Proben kamen auf eine Druckfestigkeit von 10 bis 12 Megapascal und damit in den Bereich von Beton niedriger Festigkeitsklassen. Bislang existieren die kuppelförmigen Prototypen allerdings nur in Miniaturformat, mit 45 Millimeter Höhe und 30 Millimeter Breite. Ob sich die Werte auf meterhohe Wände übertragen lassen, ist offen. Die geringere Schwerkraft auf dem Mars könnte dabei helfen, weil Bauteile unter ihrem eigenen Gewicht weniger stark belastet würden als auf der Erde.

Recycling-Idee ohne Praxistest

Ein Vorteil des Konzepts liegt in der biologischen Komponente: Aus rückgebautem Material ließe sich Hefe zurückgewinnen und in Bioreaktoren erneut vermehren. „Solange noch eine Hefe lebt, kann man sie wieder vermehren“, sagt Qiu. Ob die Zellen unter realer Marsstrahlung und echten Marsbedingungen dauerhaft überleben, hat das Team bisher nicht geprüft, sämtliche Versuche liefen auf der Erde. Zudem braucht die Rezeptur weiterhin Bestandteile, die von der Erde mitgebracht werden müssten. Die Studie liefert damit einen experimentellen Machbarkeitsnachweis, aber noch keinen einsatzbereiten Baustoff für eine Marskolonie. Bis Ingenieur:innen mit einem solchen Verbund tatsächlich Wände hochziehen, braucht es Tests an größeren Bauteilen, über längere Zeiträume und unter Bedingungen, die sich im Labor auf der Erde nur begrenzt nachbilden lassen.

via cell.com