Met de recente mislukte lancering van de Starship-raket van SpaceX drijft een nieuwe wolk boven de droom van een bemenste missie naar Mars. Toch werken wetenschappers onverstoorbaar verder aan het vervolg van zo’n missie. Veel langetermijnvragen zijn namelijk nog niet helemaal beantwoord. Hoe kunnen we bijvoorbeeld voedsel, water, kunstmest of brandstof produceren op Mars, zodat een langer verblijf op de rode planeet mogelijk wordt?
Een van die levensnoodzakelijke elementen is er al. De voorbije jaren vonden wetenschappers aanwijzingen voor waterijs aan de polen en onder de oppervlakte van Mars. Dat zet ook de deur open naar andere voorzieningen. Al komt er wat meer werk bij kijken om die beschikbaar te maken voor astronauten.
Een impactkrater op een noordelijke Marsvlakte (Vastitas Borealis) bevat een permanent residu van waterijs © Mars Express (ESA) / DLR / Freie Universitat Berlin
Recent zette een team van chemici en materiaalwetenschappers aan de Chinese Universiteit van Wetenschap en Technologie daar een belangrijke nieuwe stap in. De onderzoekers bouwden een mobiele robot die water via een elektrochemisch proces kan omzetten in zuurstof.
Voor die omzetting is een katalysator nodig – een stof die chemische reacties mee in gang zet. Katalysatoren meenemen vanaf de aarde is duur, daarom willen de wetenschappers dat de robot die stoffen ter plekke synthetiseert, met materiaal dat op Mars zelf voorhanden is.
Het toestel – dat is uitgerust met een uit de kluiten gewassen mechanische arm en een krachtig AI-model – moet zelf gesteenten en mineralen verzamelen en die vervolgens afbreken met zuren en basische oplossingen. De losse bouwstenen die overblijven, toets de robot af tegen een database van meer dan 3,7 miljoen chemische formules. Zo voorspelt hij welke combinatie van gesteenten en mineralen een geschikte katalysator voor water oplevert.
De robotchemicus vat post aan het werkstation © Zhu, Q. e.a. / University of Science and Technology of China
In een experiment heeft de robotchemicus op eigen houtje vijf soorten Marsmeteorieten gecombineerd tot een goede katalysator. Daarmee kon hij zuurstof produceren. Dat lukte hem ook bij -37 °C, de gemiddelde temperatuur op Mars. Het hele proces heeft twee maanden in beslag genomen. Volgens de onderzoekers zou een menselijke chemicus daar tweeduizend jaar over doen.
De robot laat een vloeibare oplossing van Marsgrondstoffen druppelen op een katalysator © Zhu, Q. e.a. / University of Science and Technology of China
Met een vierkante meter aan Marsmateriaal zou de robot zo’n 60 gram zuurstof per uur kunnen produceren, zeggen de onderzoekers. Daar kan hij jaren aan een stuk mee doorgaan. Als dat klopt, zouden astronauten weinig of geen extra zuurstof van de aarde in hun capsule moeten meebrengen – een oplossing die veel plaats en geld bespaart. Zuurstof is trouwens niet alleen essentieel voor het verblijf op Mars. Ook voor de terugreis is er nodig: zuurstof wordt ook gebruikt als oxidator voor de brandstof van de raketmotor.
De robot is niet de eerste die volautomatisch zuurstof kan produceren. Perseverance, de Marsrover van NASA, doet het hem al even voor. Al haalt die zijn zuurstof niet uit de Marsbodem maar uit de atmosfeer, die voornamelijk bestaat uit CO₂. Tot nu toe kon Perseverance niet meer dan enkele grammen zuurstof per keer produceren. Volgens het team dat voor het project verantwoordelijk is, valt die productie wel eenvoudig op te schalen.
NASA’s Marsrover Perseverance neemt een selfie bij de rots ‘Rochette’, 10 september 2021 © NASA/JPL-Caltech/MSSS
Waarin de Chinese robot zich wel onderscheidt, is flexibiliteit. Het toestel kan namelijk evengoed andere katalysatoren synthetiseren, die bijvoorbeeld kunnen worden gebruikt om kunstmest te produceren. En de robot hoeft niet noodzakelijk op Mars te worden ingezet. De onderzoekers geloven dat hij zich ook op de maan nuttig kan maken.
Schrijf je in op onze nieuwsbrief
En blijf op de hoogte van de laatste inzichten in wetenschap en technologie.