Månestøv kan gi drivhus på månen
Er det mulig å bygge drivhus på månen uten å ta med seg noe særlig med materiale fra jorda? Ja, mener forskere ved NTNU Samfunnsforskning og SINTEF. De bistår romfartsorganisasjonen ESA.
Det har ikke vært mennesker på månen siden i desember 1972. Nå vil forskere i Trondheim bidra til nye månereiser og etter hvert utforsking av planeten Mars.
For å klare lengre romreiser må astronauter dyrke mat på tur. Å bidra til at det skal være mulig er en sentral del av CIRiSCIRiS er NTNU Samfunnsforsknings romforskeravdeling sin kjernevirksomhet.
NTNU Samfunnsforskning har over et par år hjulpet Den europeiske romfartsorganisasjonen (ESA) med et viktig steg på Mars-drømmen: Drivhus for å dyrke planter på månen.
Drivhus av regolitt
I drivhusprosjektet er tanken at astronautene skal bruke regolitt (månestøv) som det finnes mye av på månens overflate, til å bygge drivhus på månen – et sted helt uten flytende vann, ingen vind, ganske kraftig stråling, og enorme temperaturforskjeller mellom dag og natt. Og som alle har sett på de få bildene som finnes fra tidligere måneferder: Beskjeden tyngdekraft.
Omtrent sånn kan produksjonen av avlingsvennlige drivhus se ut på månen. LER-produksjonen nederst til venstre, Produksjon av svovelkasser nede til høyre. Tegning: Sophie Labonnote-Weber
Materialet regolitt finnes også på jorda. Regolitt er nemlig en fellesbetegnelse på løsmasser, som humus, leire og sand som ligger over grunnfjell. Regolitt på jorda og på månen er bygget opp litt forskjellig.
Sophie Labonnote-Weber og Øyvind Mejdell Jakobsen. Foto: NTNU Samfunnsforskning AS
Astronauter kan ikke frakte med seg særlig med materiale fra jorda for å bygge drivhus på månen. Så hvordan skal de få til slike konstruksjoner av det som finnes på månen?
Kobler inn mer kompetanse
Prosjektleder Sophie Labonnote-Weber og seniorforsker Øyvind Mejdell Jakobsen, begge ved NTNU Samfunnsforskning, koblet på kompetanse fra SINTEF som kan mye om bygging og stoffers egenskaper.
Harald Justnes og Tobias Danner fra SINTEF Community, er begge eksperter på byggematerialer. De slo seg sammen med Johan Fahlstrøm og Olav Åsebø Berg fra SINTEF Manufacturing, som kan mye om automatiserte produksjonsteknikker.
Tidligere har forskere klart å lage et erstatningsmateriale som ligner veldig på regolitt.
Harald Justnes og Tobias Danner. Foto: SINTEF
For å kunne forske videre på dette materialet, så SINTEF-forskerne for seg å bruke 3D-print av betong, laget av dette erstatningsmaterialet de har kommet opp med. Men etter å ha vurdert materialets egenskaper og forholdene på månen, fant de ut at dette ikke var den beste løsningen.
- Les også: Slik kan vi lage oksygen på månen
Ligner på Leca-kuler
Det er ikke mulig å bruke et vannbasert system i vakuumet på månen, med mindre du er inne i et trykksatt rom, ifølge forskerne.
I stedet valgte de et nytt konsept basert på hvordan man produserer ekspanderte leirekuler. Det har samme prinsipp som leca-kuler, bare i en annen form. Dette konseptet krever bare en liten mengde av en karbonkilde fra jorda, fordi reaksjonen mellom karbon og jernoksid i regolitten vil danne en CO2/CO-gass som blåser opp regolitten når den er varmet opp til en plastisk, nær smeltefase.
Og hvilken karbonkilde valgte de? Jo, sukker, av alle ting.
Astronautene må bygge blokker av utvidet regolitt
Regolitten på månen inneholder en del jernoksid. Hvis astronautene tilsetter en liten mengde karbon, her: sukker, og deretter varmer det opp til omtrent 1200 grader celsius, kan de få materialet til å ekspandere. Dermed blir stoffet mer termisk isolerende og lettere.
På månen kan denne temperaturen oppnås ved hjelp av konsentrert sollys eller elektriske ovner med batteri ladet av solceller.
SINTEF-forskerne har lykkes i å vise dette og kalte produktet de fikk laget for LER (lettvektekspandert regolitt).
Ideen bak er å utvinne regolitt, råstoffet det er mye av på månen, og deretter lage blokker som kan stables oppå hverandre for å danne en slags kuppelformet struktur, ikke ulikt hvordan vi stabler mursteiner her på jorda.
Så langt alt vel. Selve drivhuset kan bygges, men der inne må det foregå ganske avansert planteproduksjon.
Drivhusene må bygges på månens poler
Her kommer CIRiS-ekspertisen inn.
Hvordan skal astronautene klare å dyrke planter inne i disse drivhusene, på et sted med verken jord eller vann?
Heldigvis har forskere funnet ut at det finnes is på polene på månen som kan brukes både som drikkevann og til plantedyrking. Byggingen av drivhuset må derfor skje på en av månens poler.
Og etter å ha bygd drivhuset må astronautene også lage egnede kasser for dyrking. Og de må være vanntette.
– Det er ikke voldsomme mengder svovel på månen, men hvis astronautene klarer å utvinne det, vil det være nok til å lage vanntette vekstkasser. Svovel smelter på lav temperatur (120 grader celsius) og det kan påføres LER-produktet i flytende form før det stivner. Det danner da et vanntett belegg, forklarer Justnes og Danner.
Planteproduksjon som ligner på den mange driver med på kjøkkenet
Ved hjelp av SINTEFs forarbeid og de konkrete materialprøvene av LER, kunne Labonnote-Weber og Mejdell Jakobsen fortsette eksperimenteringen.
I egnede kasser benyttet de seg av en type hydroponisk dyrking, ikke ulikt det mange nå driver med på kjøkkenbenken når de forsøker å få ulike urter til å vokse seg store.
Hydroponisk dyrking er plantedyrking uten jord.
– Vi dyrket en type salat som ble eksponert for denne lettvektekspanderte regolitten for å se om det ville påvirke salatens vekstmuligheter, forteller Labonnote-Weber.
Sånn så det ut på lab-en da forskerne undersøkte plantenes levedyktighet i svovelbelagte beholdere. Nederst til venstre er salaten eksponert for LER-materialet, i det store karet svoveleksponering og oppe til høyre salatprøver. Foto: NTNU Samfunnsforskning
De har også vurdert hvor bra det vil være å spise kun selvdyrkete planter over tid.
Forskerne ved NTNU Samfunnsforskning har også vurdert funksjonalitet, holdbarhet og hvor enkelt de små materialprøvene kan overføres til en fullskalamodell på månen. Svaret til ESA er at alt dette er lovende. Og mulig å gjennomføre.
Prosjektet «Farming» har pågått i to år, og ESA støttet prosjektet med 1,7 millioner kroner. Funnene i prosjektet er nå samlet i en rapport som er oversendt til ESA.
Ikke glem bærekraften for oss her nede
Ambisjonen til NTNU Samfunnsforskning er klokkeklar: De vil at forskningen på bemannet romfart ikke bare skal bidra til nye romreiser, både til månen og Mars, men at den også skal være en pådriver for innovasjon her på jorda. Spesielt når det gjelder bærekraft.
– Vi blir flere og flere mennesker på jorda, og må spise mer plantebasert mat. Den må vi produsere selv. Å vite hvordan vi dyrker planter mest effektivt, vil være nyttig kunnskap fremover. Det vi har gjort her er lett å overføre til livet på jorda, Labonnote-Weber.
NTNU Samfunnsforskning AS og CIRiS
NTNU Samfunnsforskning avdeling CIRiS jobber med forskning og utvikling innen bemannet romfart.
CIRiS er en aktiv partner i flere forsknings- og utviklingsprosjekter over hele Europa.
CIRiS’ arbeid i romsektoren betyr også mye for andre næringer, ikke minst landbruk, men også havbruk og andre næringer.
