Un biocombustible para cohete producible en Marte

Investigadores del Georgia Tech han desarrollado un concepto que produciría combustible para cohetes en Marte, y que podría usarse para lanzar a futuros astronautas de regreso a la Tierra.

El proceso de bioproducción utilizaría tres recursos nativos del planeta rojo: dióxido de carbono, luz solar y agua congelada. También incluiría el transporte de dos microbios a Marte. La primera serían las cianobacterias (algas), que tomarían CO2 de la atmósfera marciana y usarían la luz solar para crear azúcares. Una E. coli diseñada, que se enviaría desde la Tierra, convertiría esos azúcares en un propulsor específico de Marte para cohetes y otros dispositivos de propulsión.

El propulsor marciano, que se llama 2,3-butanodiol, existe actualmente, puede ser creado por E. coli y, en la Tierra, se utiliza para fabricar polímeros para la producción de caucho. El proceso se describe en un artículo publicado en la revista Nature Communications.

Actualmente, se prevé que los motores de cohetes que partan de Marte sean alimentados por metano y oxígeno líquido (LOX). Ninguno de los dos existe en el planeta rojo, lo que significa que tendrían que ser transportados desde la Tierra para impulsar una nave espacial de regreso a la órbita marciana. Ese transporte es caro: se estima que transportar las 30 toneladas necesarias de metano y LOX cuesta alrededor de 8.000 millones de dolares. Para reducir este costo, la NASA ha propuesto el uso de catálisis química para convertir el dióxido de carbono marciano en LOX, aunque esto todavía requiere que el metano sea transportado desde la Tierra.

Como alternativa, los investigadores de Georgia Tech proponen una estrategia de utilización de recursos in situ basada en biotecnología (bio-ISRU) que puede producir tanto el propulsor como LOX a partir de CO2. Los investigadores dicen que fabricar el propulsor en Marte utilizando recursos marcianos podría ayudar a reducir el costo de la misión. Además, el proceso bio-ISRU genera 44 toneladas de exceso de oxígeno limpio que podría reservarse para otros fines, como apoyar la colonización humana.

"El dióxido de carbono es uno de los únicos recursos disponibles en Marte. Saber que la biología es especialmente buena para convertir CO2 en productos útiles hace que sea una buena opción para crear combustible para cohetes", dice en un comunicado Nick Kruyer, primer autor del estudio y científico en la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular de Georgia Tech (ChBE).

El documento describe el proceso, que comienza transportando materiales plásticos a Marte que se ensamblarían en fotobiorreactores que ocupan el tamaño de cuatro campos de fútbol. Las cianobacterias crecerían en los reactores a través de la fotosíntesis (que requiere dióxido de carbono). Las enzimas en un reactor separado descompondrían las cianobacterias en azúcares, que podrían alimentarse a la E. coli para producir el propulsor de cohetes. El propulsor se separaría del caldo de fermentación de E. coli utilizando métodos de separación avanzados.

La investigación del equipo encuentra que la estrategia bio-ISRU utiliza un 32% menos de energía (pero pesa tres veces más) que la estrategia propuesta químicamente habilitada de enviar metano desde la Tierra y producir oxígeno a través de catálisis química.

Debido a que la gravedad en Marte es solo un tercio de lo que se siente en la Tierra, los investigadores pudieron ser creativos al pensar en combustibles potenciales.

"Se necesita mucha menos energía para despegar en Marte, lo que nos dio la flexibilidad de considerar diferentes sustancias químicas que no están diseñadas para el lanzamiento de cohetes en la Tierra", dijo Pamela Peralta-Yahya, autora correspondiente del estudio y profesora asociada de la Facultad de Química y Bioquímica, que diseña microbios para la producción de productos químicos. "Empezamos a considerar formas de aprovechar la menor gravedad del planeta y la falta de oxígeno para crear soluciones que no son relevantes para los lanzamientos terrestres".

"El 2,3-butanodiol ha existido durante mucho tiempo, pero nunca pensamos en usarlo como propulsor. Después del análisis y el estudio experimental preliminar, nos dimos cuenta de que en realidad es un buen candidato", dijo Wenting Sun, profesor asociado en la Escuela de Ingeniería Aeroespacial Daniel Guggenheim, que trabaja con combustibles.