• Вы находитесь тут:
  • Sci314
  • Новости
  • Цианобактерии и кишечные палочки помогут вернуться с Марса

Цианобактерии и кишечные палочки помогут вернуться с Марса

Исследователи института Джорджии предложили новую концепцию обеспечения будущих колонизаторов Марса шансом возвращения на Землю.

Вместо доставки ракетного топлива с Земли, они предлагают привезти с собой цианобактерии и кишечную палочку. Они преобразуют углекислый газ Красной планеты на 2,3-бутандиол, генерируя при этом до 20 тонн избыточного кислорода, который также можно использовать. Как бактерии смогут помочь земной жизни на Марсе, ученые рассказали в Nature Communications. Учитывая успех большинства марсианских миссий и отправленные на планету вездеходы, перспектива появления на ней людей становятся все ближе. Однако, прежде чем отправиться на Марс на постоянное место жительство, людям все же нужно решить ряд проблем. Во-первых, обеспечить себя защитой от воздействия космического излучения, солнечных частиц и частых ударов микрометеоров, что магнитосфера Марса сделать не может. Во-вторых, следует найти способ максимально использовать именно предоставленные планетой ресурсы, ведь перелет с Земли будет просто экономически не выгодным. Внеорбитальная доставка займет по крайней мере 26 месяцев и не один десяток тысяч долларов. Самая главная задача — найти способ обеспечить астронавтов топливом для возвращения домой.

Чтобы оторваться от поверхности Марса, взлетному аппарату понадобится не менее 30 тонн метана и жидкого кислорода, что означает менее 500 тонн полезной нагрузки и по меньшей мере восемь миллиардов долларов, при условии, что это будет доставлено с Земли. И поэтому исследователи ищут стратегии, при которых ракетное топливо удастся производить непосредственно на Красной планете. Впрочем, особенности марсианской атмосферы довольно упрощают ученым эту задачу.

Во-первых, у Марса всего 38% силы притяжения Земли, а потому топливо для взлета потребует низкой плотности энергии. Низкий уровень кислорода в марсианской атмосфере также позволяет использовать добавки соединений для топлива. Так, например, если метан требует массового отношение кислорода к топливу 4: 1, метанол уже 1,5: 1 для полного сгорания. И даже учитывая то, что присутствие атомов кислорода снижает теплотворную способность топлива, низкая гравитация Марса позволяет это компенсировать. Поэтому, учитывая все это ученые технологического института Джорджии предлагают использовать на Марсе специфическое топливо 2,3-бутандиол, меньшая эффективность которого в условиях Марса останется незамеченной.

Поскольку главным требованием к будущему топлива является использование минимума земных ресурсов и максимум марсианских, ученые все больше склоняются к стратегии использования возможностей Марса. Дело в том, что, для того чтобы получить на Марсе метан и кислород, ученым необходимо минимум три химические процессы: электролиз твердого оксида углерода, для преобразования марсианского углекислого газа в кислород, реакция Сабатье для превращения водорода и углекислого газа в метан и электролиз воды с образованием водорода.

Например, находящиеся в земных болотах метаногены превращают углекислый газ в метан с чистотой 96%. То есть биореактор объемом 5,66 литра обеспечивает ту же часовую производительность производства метана, и реактор на основе реакции Сабатье объемом в полтора литра, который сейчас используют на МКС. А цианобактерии, фотосинтезирующие, перерабатывают углекислый газ и солнечный свет, выделяя не смешанный с моно оксидом углерода кислород.

Тем не менее ассортимент химических веществ, производимых ими, на несколько порядков меньше, чем в биосинтетических гетеротрофов Escherichia coli и Saccharomyces cerevisiae, которые сейчас активно используют в химической промышленности. Ученые в новой работе считают, что вместо того, чтобы заставлять автотрофов улавливать углекислый газ и превращать его в топливо, их нужно использовать в качестве источника пищи для более производительных гетеротрофов.

Исследователи предлагают объединить цианобактерии и модифицированную кишечную палочку для производства специфического для Марса ракетного топлива — 2,3-бутандиол. Так цианобактерии будут улавливать марсианский углекислый газ и превращать его в сахар — основное питательное вещества для E. coli, которые она превратит в 2,3-бутандиол. А учитывая, что в процессе также будет производиться не менее 20 тонн избыточного кислорода, который также можно использовать, эта система имеет явную химическое преимущество.

Необходимые цианобактерии A. platensis азот и фосфор ученые предлагают доставить с Земли, хотя и рассматривают варианты с использованием марсианского реголита (что пока требует отдельной инфраструктуры). Жить бактерии могут в фото биореакторе при температуре до 25 градусов Цельсия. Это намного меньше, чем им необходимо, но достаточно для роста.

Содержание кислорода в структуре топлива снижает количество необходимого жидкого кислорода, что делает добавки соединения (например, спирты, диолы) лучше для использования на Марсе. И поэтому исследователи и решили взяться за 2,3-бутандиол. Он производится в E. coli с высокой эффективностью, что приведет к уменьшению требуемой площади фермы цианобактерий и меньшего количества побочных продуктов ферментации, что упростит очистки. Предложенная стратегия использует на 32% меньше энергии, чем схема доставки метана с Земли и получения кислорода с помощью химического катализа. Сейчас исследователи ищут способ оптимизировать свою систему, чтобы снизить вес необходимого для доставки на Марс оборудования.

Перевод материала nauka.ua

  • Вы находитесь тут:
  • Sci314
  • Новости
  • Цианобактерии и кишечные палочки помогут вернуться с Марса
  • Вы находитесь тут:
  • Sci314
  • Новости
  • Цианобактерии и кишечные палочки помогут вернуться с Марса