Schimmelstenen voor de maan en Mars

gebouwen kweken in de ruimte: uncg — biologie ontmoet techniek

De samenwerking koppelt het laboratorium voor schimmelecologie van Nicholas Oberlies aan de UNC Greensboro aan Luna Labs, een in Virginia gevestigd productontwikkelingsbedrijf dat structurele tests en materiaalanalyses zal uitvoeren. Het team van Oberlies brengt ervaring in het kweken en karakteriseren van schimmels — waaronder soorten zoals oesterzwammen (Pleurotus ostreatus) en bepaalde boomzwammen die bekendstaan om hun stijfheid — terwijl Luna Labs mechanische tests, compressiemetingen en de op standaarden gebaseerde gegevens levert die ingenieurs nodig hebben om een nieuw bouwmateriaal te evalueren.

Volgens de aankondiging van de universiteit is het plan om schimmeldraden (hyfen) te kweken zodat deze losse regolietdeeltjes infiltreren en binden, vermengd met een voedingsstroom afkomstig van gesimuleerde menselijke uitwerpselen. Als het hyfennetwerk het korrelige materiaal effectief verbindt, zullen onderzoekers het composiet steriliseren en samenpersen tot een solide blok. Luna Labs zal vervolgens kwantificeren hoeveel belasting deze blokken kunnen verdragen, hoe ze zich gedragen onder druk, en of ze duurzaam genoeg kunnen worden gemaakt voor habitats of andere infrastructuur.

De opzet is een schoolvoorbeeld van in-situ resource utilization: in plaats van bakstenen en cement vanaf de aarde mee te voeren, zou het systeem materialen kweken en vormen waar ze nodig zijn, met gebruik van slechts kleine startladingen sporen of inoculum, plus energie, water en een voedingscyclus. Dat maakt het concept aantrekkelijk voor missieplanners die de lanceermassa en de toeleveringsketens op de lange termijn voor bases op de maan en Mars willen minimaliseren.

gebouwen kweken in de ruimte: uncg — tests, materialen en statistieken

In de kern test het experiment van UNCG en Luna Labs drie samenhangende ideeën: welke schimmelsoorten bestand zijn tegen regoliet-achtige chemie, of een myceliumnetwerk anorganische deeltjes kan binden tot een samenhangend composiet, en welke verwerking na de groei nodig is om het materiaal veilig en structureel bruikbaar te maken. Het team zal gecontroleerde groeiproeven uitvoeren met gesimuleerd regoliet (analoog gesteente en stof dat het oppervlak van de maan of Mars nabootst) vermengd met een voedingsbron die bedoeld is om gerecyclede menselijke uitwerpselen te simuleren, wat de schimmel een koolstof- en voedingsbron biedt.

Zodra de groei een dichte myceliummatrix creëert, zal het composiet hittebehandeld of op een andere manier gesteriliseerd worden en mechanisch worden samengeperst tot een baksteenvorm. Luna Labs zal de druksterkte, stijfheid en faalmechanismen meten; ze zullen ook de variabiliteit tussen batches en de effecten van verschillende groeirecepten testen. Die gegevens zullen bepalen of het materiaal geschikt is voor niet-dragende toepassingen zoals isolatie of binnenwanden, of dat het kan worden ontwikkeld voor constructieve rollen.

De samenwerkingspartners benadrukken dat dit onderzoek in een vroeg stadium verkeert: het team probeert veelbelovende soorten en procesmarges te identificeren, en niet om direct volledig gecertificeerde bouwstenen te leveren. Toch markeert de nadruk op meetbare materiaaleigenschappen en herhaalbare tests een stap voorbij puur conceptueel werk — het is een poging om myceliumcomposieten te vertalen naar de technische taal die missieontwerpers kunnen gebruiken.

Myceliummechanica en praktische voordelen

Op mycelium gebaseerde materialen vertrouwen op netwerken van schimmeldraden — microscopische, draadachtige filamenten — die zich verweven en polymeren afscheiden om substraatdeeltjes aan elkaar te binden. In aardse demonstraties zijn myceliumcomposieten gemaakt van landbouwafval licht van gewicht, thermisch isolerend en brandwerend, en ze kunnen in specifieke vormen worden gekweekt met relatief weinig energie-input vergeleken met sinteren bij hoge temperaturen of conventionele betonharding.

Voor toepassingen in de ruimte zijn de voordelen duidelijk: schimmels kunnen afvalstromen omzetten in materiaal, waardoor de logistiek wordt beperkt en cycli in levensondersteunende systemen worden gesloten; groei kan plaatsvinden bij lage temperaturen in vergelijking met sinteren; en de cellulaire structuur van myceliumcomposieten kan intrinsieke isolerende eigenschappen bieden voor thermische controle. Bovendien bieden biogebaseerde materialen onderhoudsmogelijkheden die puur inerte materialen niet hebben, omdat levende systemen soms kleine barsten zelf kunnen herstellen.

Het UNCG-project benadrukt deze mogelijkheden, maar blijft voorzichtig. De meest waarschijnlijke toepassingen op de korte termijn zijn niet-dragend: habitat-isolatie, stralingsdempende binnenpanelen of een beschermende deklaag voor ingegraven habitats. Als de druk- en trekeigenschappen kunnen worden verbeterd door additieven of nabewerking, zouden bredere structurele rollen plausibel kunnen worden, maar dat blijft een open vraag die de huidige tests zullen onderzoeken.

Uitdagingen en onbeantwoorde vragen

Het omzetten van een veelbelovende laboratoriumdemo in een missieklaar bouwmateriaal kent vele hindernissen. De maan en Mars stellen organismen en materialen bloot aan een bijna-vacuüm of ijle CO2-atmosferen, extreme temperatuurschommelingen en ioniserende straling — omstandigheden die heel anders zijn dan een vochtige laboratoriumtafel. Het kweken van mycelium vereist water, een gecontroleerde atmosfeer en temperaturen die compatibel zijn met het metabolisme van de schimmel, wat allemaal energie- en engineeringkosten met zich meebrengt.

Plantera bescherming is een andere beperking: elke biologische aanpak moet voorkomen dat planetaire omgevingen worden besmet met aardse levensvormen. Dat betekent duidelijke sterilisatie- of inperkingsstrategieën, die het UNCG-team wil testen door gekweekte composieten vóór gebruik te steriliseren. Er zijn ook open vragen over de duurzaamheid onder invloed van micrometeorieten, mechanische kruip op de lange termijn bij lage zwaartekracht, en hoe de chemie van het regoliet (bijvoorbeeld reactieve perchloraten op Mars) de groei en materiaalstabiliteit beïnvloedt.

Ten slotte is gesimuleerd menselijk afval een nuttige testgrondstof op aarde, maar echte missiesystemen zullen robuuste voedingsrecyclingcycli en strikte microbiële controle vereisen. Opschaling van kleine bakstenen naar structuren van meerdere meters roept extra technische kwesties op — constructie, verbinding, afdichting en integratie met luchtsluizen en energiesystemen — die in latere ontwikkelingsfasen moeten worden aangepakt.

Een pad naar bewoonbare habitats

Het werk van UNCG en Luna Labs is een onderdeel van een bredere onderzoeksagenda die biologie verkent als een bouwtechnologie voor de ruimte. Als tests consistente mechanische prestaties laten zien en als technische oplossingen kunnen zorgen voor groeikamers, waterrecycling en sterilisatie binnen acceptabele massa- en energiebudgetten, zouden schimmelcomposieten deel kunnen uitmaken van een gereedschapskist die al bestaat uit regolietsinteren, 3D-printen met cementachtige bindmiddelen en opblaasbare modules.

Mijlpalen voor de korte termijn zijn praktisch en bescheiden: identificeer veerkrachtige schimmelstammen, kwantificeer de druksterkte en variabiliteit, en demonstreer een sterilisatie- en consolidatieworkflow. Succes in die stappen zou kleinschalige demonstraties in een baan om de aarde of op de maan rechtvaardigen, waar gecontroleerde groei en nabewerking kunnen worden getest in relevante omgevingen. Op de langere termijn zou een bewezen biofabricageketen de afhankelijkheid van vanaf de aarde geleverde materialen kunnen verminderen en nieuwe ontwerpparadigma's kunnen openen voor schuilplaatsen die groeien uit lokaal stof en gerecycled afval.

Vooralsnog is de waarde van het project evenzeer conceptueel als technisch: het dwingt ingenieurs en biologen om eenheden, tijdlijnen en faalmechanismen te delen. Die vertaalslag — het omzetten van biologische procesbeschrijvingen naar compressiecurven en ontwerpfactoren — is wat zal bepalen of schimmels een intrigerend idee blijven of een praktisch hulpmiddel worden voor toekomstige ontdekkingsreizigers.

Bronnen

• UNC Greensboro (UNCG) — projectaankondiging en onderzoekssamenvatting
• Luna Labs — materiaaltests en technisch partnerschap
• NASA — financiering voor onderzoek naar in-situ resource utilization