Costruire una base lunare con l’urina degli astronauti

Un recente studio europeo sponsorizzato dall'ESA ha dimostrato che l'urea, il principale composto organico che si trova nella nostra urina, potrebbe rendere la miscela per costruire cemento lunare più lavorabile, prima di indurire e assumere la forma rigida finale per i futuri habitat lunari.

I ricercatori hanno scoperto che l'aggiunta di urea alla miscela di geopolimero lunare, un materiale da costruzione simile al cemento, funziona meglio di altri comuni fluidificanti, come il naftalene o il policarbossilato, nel ridurre la quantità di acqua necessaria.

La miscela ottenuta da una stampante 3D si è dimostrata più resistente ed ha mantenuto una buona lavorabilità – un campione fresco potrebbe facilmente essere modellato e mantenere la sua forma, se sottoposto a un peso fino a dieci volte il proprio.

"La comunità scientifica è particolarmente colpita dall'elevata robustezza di questa nuova tecnica rispetto ad altri materiali, ma è anche intrigata dal fatto che potremmo utilizzare ciò che è già presente sulla luna", commenta Marlies Arnhof, promotrice e co-autrice dello studio dell'Advanced Concepts Team dell'ESA.

Utilizzare solo i materiali disponibili sul posto – un approccio noto come ISRU (In-Situ Resource Utilisation) nel gergo spaziale – ridurrebbe la necessità di inviare grandi volumi di materiale dalla Terra per costruire sulla luna.

L'ingrediente principale potrebbe essere un suolo polveroso che si trova ovunque sulla superficie della luna, conosciuto come regolite lunare. L'urea superfluidificante riduce la quantità di acqua richiesta per l'impasto.

Grazie ai futuri abitanti della luna, il litro e mezzo di rifiuto liquido che una persona genera ogni giorno potrebbe diventare un promettente sottoprodotto per l'esplorazione spaziale.

"L'urea è economica e facilmente disponibile, ma aiuta anche a produrre materiale da costruzione più solido per una base lunare", fa notare Marlies Arnhof.

Perchè l’urea?

Dopo l'acqua, l'urea è il componente più abbondante nell'urina umana. L'urea può rompere i legami a idrogeno e ridurre la viscosità di miscele fluide. L'urina contiene inoltre calcio, un elemento che aiuta il processo di maturazione del cemento.

Sulla Terra, l'urea è prodotta a scala industriale ed è ampiamente usata come fertilizzante industriale e come materiale grezzo da aziende chimiche e mediche.

"La speranza è che l'urina degli astronauti possa essere utilizzata così com'è per una base lunare del futuro, con lievi aggiustamenti rispetto al contenuto di acqua. Ciò è molto pratico, ed evita la necessità di complicare ulteriormente i sofisticati sistemi di riciclo dell'acqua nello spazio", spiega Marlies Arnhof.

Miscelare nell'impasto

Diversi test hanno confermato che questo tipo di cemento miscelato con l'urea è in grado di resistere alle difficili condizioni presenti dello spazio, come il vuoto e le temperature estreme. Questi due fattori hanno un forte impatto sulle proprietà fisiche e meccaniche del materiale da costruzione da usare sulla superficie lunare.

Tutti i campioni sono stati sottoposti a cicli di vuoto e gelo-disgelo per simulare le brusche variazioni di temperatura durante il giorno e la notte lunare, che possono andare da -171°C  a 114°C. I campioni hanno resistito a temperature comprese tra 114°C a -80°C, una buona indicazione di come il materiale si comporterebbe a temperature ancora più basse.

Costruire la comunità

Una stretta collaborazione tra i ricercatori ESA nei Paesi Bassi e università in Norvegia, Spagna e Italia, nell'ambito dell'iniziativa Ariadna "ci hanno permesso di esaminare un'idea esplorativa, piuttosto rischiosa, che può fornire validi risultati non solo per l'esplorazione dello spazio, ma anche per le applicazioni tecnologiche sulla Terra", spiega Marlies Arnhof.

"L'industria potrebbe trarre beneficio dalle tecniche raffinate per polimeri inorganici resistenti al fuoco ed al calore adatti per la produzione additiva", aggiunge.

Uno degli argomenti scottanti che il gruppo di lavoro vuole affrontare prossimamente è come le fibre di basalto lunare potrebbero rinforzare il cemento e come il materiale potrebbe essere impiegato al meglio per proteggere una colonia sulla luna. I ricercatori sperano che questa nuova malta a base di urea possa aiutare a proteggere i futuri astronauti da livelli dannosi di radiazione ionizzante.