Pilz-Ziegel für Mond und Mars

Gebäude im Weltraum züchten: UNCG – Biologie trifft auf Ingenieurwesen

Die Partnerschaft vereint Nicholas Oberlies’ Labor für Pilzökologie an der UNC Greensboro mit Luna Labs, einem in Virginia ansässigen Produktentwicklungsunternehmen, das strukturelle Tests und Materialanalysen durchführen wird. Das Team von Oberlies bringt Erfahrung in der Kultivierung und Charakterisierung von Pilzen ein – darunter Arten wie Austernpilze (Pleurotus ostreatus) und bestimmte Baumpilze, die für ihre Steifigkeit bekannt sind –, während Luna Labs mechanische Prüfungen, Kompressionsmessungen und jene standardisierten Daten beisteuert, die Ingenieure zur Bewertung eines neuen Baumaterials benötigen.

Laut der Bekanntmachung der Universität besteht der Plan darin, Pilzhyphen so zu kultivieren, dass sie lose Regolithpartikel durchdringen und binden, die mit einem aus simulierten menschlichen Ausscheidungen gewonnenen Nährstoffstrom vermischt sind. Wenn das Hyphennetzwerk das körnige Material effektiv verbindet, werden die Forscher den Verbundstoff sterilisieren und zu einem verfestigten Block komprimieren. Luna Labs wird anschließend quantifizieren, wie viel Last diese Blöcke tragen können, wie sie sich unter Druck verhalten und ob sie robust genug für Habitate oder andere Infrastrukturen gemacht werden können.

Der Rahmen ist die klassische In-situ-Ressourcennutzung: Anstatt Ziegel und Zement von der Erde heraufzubringen, würde das System Materialien dort züchten und formen, wo sie benötigt werden, wobei nur kleine Startladungen an Sporen oder Inokulum sowie Energie, Wasser und ein Nährstoffkreislauf erforderlich sind. Das macht das Konzept attraktiv für Missionsplaner, die versuchen, die Startmasse und langfristige Lieferketten für Mond- und Marsbasen zu minimieren.

Gebäude im Weltraum züchten: UNCG – Tests, Materialien und Metriken

Im Kern testet das Experiment von UNCG und Luna Labs drei miteinander verknüpfte Ideen: welche Pilzarten eine regolithähnliche Chemie tolerieren, ob ein Myzelnetzwerk anorganische Partikel zu einem kohärenten Verbundstoff binden kann und welche Nachbearbeitung nach dem Wachstum erforderlich ist, um das Material sicher und bautechnisch nutzbar zu machen. Das Team wird kontrollierte Wachstumsversuche mit simuliertem Regolith (Gesteins- und Staubanaloga, die die Oberfläche des Mondes oder des Mars nachahmen) durchführen, das mit einem Ausgangsmaterial vermischt wird, das recycelten menschlichen Ausscheidungen ähneln soll, um dem Pilz eine Kohlenstoff- und Nährstoffquelle zu bieten.

Sobald das Wachstum eine dichte Myzelmatrix erzeugt hat, wird der Verbundstoff hitzebehandelt oder anderweitig sterilisiert und mechanisch in eine ziegelähnliche Form gebracht. Luna Labs wird die Druckfestigkeit, Steifigkeit und Versagensmodi messen; zudem werden sie die Variabilität zwischen den Chargen und die Auswirkungen verschiedener Wachstumsrezepturen testen. Diese Daten werden bestimmen, ob das Material für nicht tragende Anwendungen wie Isolierungen oder Innenwände geeignet ist oder ob es für strukturelle Rollen weiterentwickelt werden kann.

Die Kooperationspartner betonen ausdrücklich, dass es sich um Forschung im Frühstadium handelt: Das Team versucht, vielversprechende Arten und Prozessfenster zu identifizieren, und nicht, bereits zertifizierte Bausteine zu liefern. Dennoch markiert der Fokus auf messbare Materialeigenschaften und wiederholbare Tests einen Schritt über rein konzeptionelle Arbeiten hinaus – es ist ein Versuch, Myzel-Verbundwerkstoffe in die Sprache des Ingenieurwesens zu übersetzen, die Missionsplaner nutzen können.

Myzel-Mechanik und praktische Vorteile

Materialien auf Myzelbasis beruhen auf Netzwerken aus Pilzhyphen – mikroskopisch kleinen, fadenförmigen Filamenten –, die sich verflechten und Polymere absondern, um Substratpartikel miteinander zu verbinden. In terrestrischen Demonstrationen sind Myzel-Verbundwerkstoffe aus landwirtschaftlichen Abfällen leicht, thermisch isolierend und feuerfest. Zudem können sie mit relativ geringem Energieaufwand im Vergleich zum Hochtemperatursintern oder der herkömmlichen Betonhärtung in spezifische Formen gezüchtet werden.

Für Weltraumanwendungen liegen die Vorteile auf der Hand: Pilze können Abfallströme in Material umwandeln, was die Logistik reduziert und Kreisläufe in Lebenserhaltungssystemen schließt; das Wachstum kann bei im Vergleich zum Sintern niedrigen Temperaturen erfolgen; und die Zellstruktur von Myzel-Verbundwerkstoffen kann inhärente Isoliereigenschaften zur Temperaturkontrolle bieten. Da lebende Systeme zudem manchmal kleinere Risse selbst heilen können, bieten biobasierte Materialien Wartungsmöglichkeiten, die rein inerte Materialien nicht haben.

Das UNCG-Projekt hebt diese Möglichkeiten hervor, bleibt aber vorsichtig. Die wahrscheinlichsten kurzfristigen Einsatzmöglichkeiten sind nicht tragende Strukturen: Habitat-Isolierung, strahlungsdämpfende Innenpaneele oder schützende Überdeckungen für eingegrabene Habitate. Falls die Druck- und Zugeigenschaften durch Additive oder Nachbearbeitung verbessert werden können, könnten umfassendere strukturelle Rollen plausibel werden, doch dies bleibt eine offene Frage, die die aktuellen Tests untersuchen werden.

Herausforderungen und unbeantwortete Fragen

Eine vielversprechende Labordemonstration in ein einsatzbereites Baumaterial zu verwandeln, birgt viele Hürden. Der Mond und der Mars setzen Organismen und Materialien einem Beinahe-Vakuum oder dünnen CO2-Atmosphären, extremen Temperaturschwankungen und ionisierender Strahlung aus – Bedingungen, die sich stark von einem feuchten Labortisch unterscheiden. Das Züchten von Myzel wird Wasser, eine kontrollierte Atmosphäre und Temperaturen erfordern, die mit dem Pilzstoffwechsel kompatibel sind, was wiederum Energie- und Engineering-Kosten verursacht.

Der planetare Schutz ist eine weitere Einschränkung: Jeder biologische Ansatz muss vermeiden, planetare Umgebungen mit irdischem Leben zu kontaminieren. Das erfordert klare Sterilisations- oder Eindämmungsstrategien, die das UNCG-Team testen will, indem es die gezüchteten Verbundstoffe vor dem Einsatz sterilisiert. Es gibt auch offene Fragen zur Haltbarkeit unter Mikrometeoriteneinschlägen, zum langfristigen mechanischen Kriechen bei geringer Schwerkraft und dazu, wie die Regolithchemie (beispielsweise reaktive Perchlorate auf dem Mars) das Wachstum und die Materialstabilität beeinflusst.

Schließlich sind simulierte menschliche Ausscheidungen auf der Erde ein nützliches Testmaterial, aber reale Missionssysteme werden robuste Nährstoffrecyclingkreisläufe und eine strikte mikrobielle Kontrolle erfordern. Die Skalierung von kleinen Ziegeln auf meterhohe Strukturen wirft zusätzliche technische Fragen auf – Konstruktion, Verbindung, Abdichtung und Integration in Luftschleusen und Energiesysteme –, die in späteren Entwicklungsphasen angegangen werden müssen.

Ein Weg zu bewohnbaren Habitaten

Die Arbeit von UNCG und Luna Labs ist ein Teil einer umfassenderen Forschungsagenda, die Biologie als Konstruktionstechnologie für den Weltraum erforscht. Wenn Tests eine konstante mechanische Leistung zeigen und technische Lösungen Wachstumskammern, Wasserrecycling und Sterilisation bei akzeptablem Masse- und Energiebudget ermöglichen, könnten Pilzverbundstoffe ein Werkzeugkasten ergänzen, der bereits Regolith-Sintern, 3D-Druck mit zementähnlichen Bindemitteln und aufblasbare Module umfasst.

Die kurzfristigen Meilensteine sind praktisch und bescheiden: widerstandsfähige Pilzstämme identifizieren, Druckfestigkeit und Variabilität quantifizieren und einen Workflow für Sterilisation und Verfestigung demonstrieren. Erfolge in diesen Schritten würden kleinskalige Demonstrationen im Orbit oder auf dem Mond rechtfertigen, bei denen kontrolliertes Wachstum und Nachbearbeitung in relevanten Umgebungen getestet werden können. Langfristig könnte eine bewährte Biofabrikationskette die Abhängigkeit von der Erde gelieferten Materialien verringern und neue Designparadigmen für Unterkünfte eröffnen, die aus lokalem Staub und recyceltem Abfall wachsen.

Vorerst ist der Wert des Projekts ebenso konzeptionell wie technisch: Er zwingt Ingenieure und Biologen dazu, Einheiten, Zeitpläne und Versagensmodi zu teilen. Diese Übersetzung – die Umwandlung biologischer Prozessbeschreibungen in Kompressionskurven und Designfaktoren – wird darüber entscheiden, ob Pilze eine interessante Idee bleiben oder zu einem praktischen Werkzeug für zukünftige Entdecker werden.

Quellen

• UNC Greensboro (UNCG) — Projektankündigung und Forschungszusammenfassung
• Luna Labs — Materialprüfung und Engineering-Partnerschaft
• NASA — Finanzierung für die Forschung zur In-situ-Ressourcennutzung