Chỉ cần một phản ứng hóa học đơn giản, polyme hữu cơ kitin có thể biến đổi thành một loại chất có khả năng tạo nên công cụ và nhà ở trên sao Hỏa.
Những người mê không gian luôn mong chờ đến một ngày chúng ta có thể xây dựng thuộc địa trên sao Hỏa. Nhưng chúng ta phải đối mặt với một sự thật là nguồn tài nguyên thiên nhiên của sao Hỏa rất hạn chế, đặt biệt là vật liệu xây dựng. Một nhóm các nhà khoa học tại Đại học Công nghệ và Thiết kế Singapore đã tìm ra rằng chỉ với một phản ứng hóa học đơn giản, polyme hữu cơ kitin có thể dễ dàng biến đổi thành một loại vật liệu xây dựng khả thi cho những công trình đơn giản. Quá trình diễn ra chỉ cần một lượng năng lượng nhỏ và không cần phải vận chuyển các thiết bị chuyên dụng. Các nhà khoa học đã cho công bố kết quả thí nghiệm của mình trên tạp chí PLOS One.
Kitin là một polyme hữu cơ có rất nhiều trong động vật chân đốt, cũng như trong vảy cá. (Ảnh: Diana Miller/Getty Images).
"Công nghệ này ban đầu được phát triển để xây dựng hệ sinh thái khép kín trong môi trường đô thị", Javier Fernandez, đồng chủ nghiệm nghiên cứu, cho biết. "Nhưng dựa trên tính hiệu quả thì nó cũng là phương pháp tốt nhất có thể giúp mở rộng sản xuất trong một hệ sinh thái nhân tạo khép kín thuộc môi trường cực kỳ khan hiếm trên một hành tinh không có sự sống hoặc trên vệ tinh".
Như đã thông tin trước đó, NASA cũng vừa thông báo kế hoạch đầy tham vọng nhằm đưa phi hành gia Mỹ trở lại Mặt trăng và thiết lập một cơ sở vĩnh viễn tại đây, đây cũng được cho sẽ là bước đệm tiến đến việc chinh phục sao Hỏa. Ngành khoa học vật liệu sẽ đóng vai trò rất quan trọng trong thành công của Chương trình Mặt trăng Artemis, đặc biệt là khi nói đến loại vật liệu khả thi cho việc xây dựng cơ sở trên Mặt trăng (hoặc sao Hỏa). Vì dụ đối với bê tông, loại vật liệu này cần một lượng nước đáng kể để có thể sử dụng tại chỗ và nguồn nước trên cả Mặt trăng lẫn sao Hỏa đều thiếu hụt. Chưa kể đến chi phí vận chuyển rất đắt đỏ. NASA ước tính rằng chỉ vận chuyển gần nửa ký vật liệu xây dựng lên quỹ đạo cũng đã tốn đến 10.000 USD.
Chính vì vậy, đã có rất nhiều nghiên cứu tập trung vào tìm kiếm loại vật liệu tồn tại trên Mặt trăng có thể dùng để xây dựng. Đề xuất gần đây nhất là sử dụng cộng nghệ in 3D với xi măng Sorel, công nghệ này yêu cầu một lượng đáng kể hóa chất và nước (vật tư tiêu hao); và một đề xuất khác là sử dụng loại vật liệu dạng đá cần cả nước và axit photphoric làm chất kết dính lỏng. Hồi tháng 3, một bài viết của một nhóm các nhà khoa học quốc tế đã đề xuất có thể sử dụng chất urê có trong nước tiểu của các phi hành gia như một chất hóa dẻo để tạo ra loại vật liệu xây dựng giống bê tông từ đất đá trên Mặt trăng để thiết lập cơ sở tại đây.
Cũng giống như Mặt trăng, bất kỳ kế hoạch xây dựng căn cứ nào trên sao Hỏa cũng đều phải sử dụng công nghệ sản xuất với nguồn vật liệu tại chỗ. Nhưng các tác giả của báo cáo trên chỉ ra rằng hầu hết các phương pháp sản xuất tại chỗ thường yêu cầu phải có trang thiết bị đặc biệt và một lượng lớn năng lượng. Tuy nhiên, tác giả cũng viết rằng "thiên nhiên ngày càng thích ứng với môi trường khắc nghiệt... Về mặt sinh học, cấu trúc thể rắn được hình thành từ việc đưa các chất vô cơ ngoài môi trường vào bên trong với mức chi phí năng lượng tiêu hao thấp (ví dụ như canxi cabonat) và kết hợp thành ma trận hữu cơ (như kitin) với mức chi phí rất lớn".
Fernandez và cộng sự khẳng định rằng kitin là một phần của bất cứ hệ sinh thái nhân tạo nào vì nó rất dồi dào trong tự nhiên. Ví dụ như chúng là thành phần chính của vảy cá hay thành tế bào của bào tử nấm, cũng như vỏ của các loài động vật giáp xác hay côn trùng. Trên thực tế, các loài côn trùng được nhận định sẽ là nguồn protein chính cho căn cứ trên sao Hỏa. Và vì kitin có trong côn trùng không có giá trị dinh dưỡng đối với con người nên việc phân tách chúng để làm vật liệu xây dựng "không làm tổn hại hay tác động đến nguồn cung lương thực", tác giả nghiên cứu viết."Hơn nữa, đây còn là một sản phẩm phụ".
Trong nghiên cứu này, các nhà khoa học chỉ dựa vào một phản ứng hóa học đơn giản. Họ sử dụng chitosan lấy từ tôm, hòa tan chúng trong axit axetic (một sản phẩm phụ của quá trình lên men hiếu khí và kỵ khí) và kết hợp nó với một loại khoáng chất tương tự với đất trên sao Hỏa để tạo ra loại vật liệu xây dựng chitinous. Họ đã kiểm tra các đặc tính của loại vật liệu mới bằng cách tạo ra một số vật thể khác nhau. Đáng chú ý nhất là chiếc cờ lê, họ có thể sử dụng nó để siết chặt một con bu lông lục giác. Mặc dù nó khó có thể thay được kim loại trong một số bộ phận quan trọng trong không gian nhưng nó đã chứng tỏ mình đủ cứng để chịu mô-men xoắn trong các công việc hằng ngày.
Thời gian tới, nhóm sẽ tiếp tục biến đổi loại vật liệu này thành nhiều dạng hình học khác nhau để nghiên cứu tiềm năng của nó trong lĩnh vực vật liệu xây dựng, từ hình trụ, hình khối cho đến các vật thể hình cầu hay có góc cạnh… Các nhà khoa học cũng cho biết loại đá sinh học này cũng có thể sử dụng như một loại vữa tạm thời để bịt các lỗ nhỏ trên đường ống. Đường ống được vá bằng loại vữa này đã chịu được vài tuần trước khi bị rò rỉ trở lại. Cuối cùng, họ đã dựng một mẫu căn cứ trên sao Hỏa hoàn chỉnh bằng máy in 3D chỉ trong hai giờ đồng hồ. Các nhà nghiên cứu kết luận rằng kếu quả công trình của họ đã chứng minh tính khả thi của giải pháp "khép kín, không rác thải" trên sao Hỏa.
"Sản xuất từ vật liệu có nguồn gốc sinh học và vật liệu bền vững không phải là công nghệ thay thế cho polyme tổng hợp nhưng nó là công nghệ định hình nên mô hình sản xuất mới và cho phép thực hiện những điều mà công nghệ vật liệu tổng hợp không làm được", Fernandez cho biết. "Chúng tôi đã chứng minh rằng đây không những là chìa khóa cho sự bền vững của con người trên Trái Đất, mà còn là một trong những thành tựu tiếp theo của nhân loại: con người trở thành một giống loài liên hành tinh".