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Sangue e tela di ragno: come costruiremo edifici su altri pianeti

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Satellite, Terra e Luna - Sputnik Italia, 1920, 21.11.2021
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Approfondimento
Sono già in fase di ideazione progetti per l’insediamento umano sulla Luna. Subito dopo si passerà a Marte. Tuttavia, consegnare nello spazio qualsivoglia materiale è costoso e complesso.
Pertanto, gli scienziati stanno passando al vaglio diverse opzioni per la produzione di cibo, carburante, energia e materiali edili a partire dalle materie prime del luogo, inclusi materiali per le attività quotidiane dei colonizzatori umani.

L’affidamento sui materiali locali

Marte non presenta un’atmosfera densa né un campo magnetico. Per proteggersi dalla radiazione cosmica, da quella solare e dai micro-meteoriti, i primi colonizzatori avranno bisogno di un riparo sicuro. Inoltre, su Marte imperversano tempeste di sabbia e la velocità del vento può superare i 100 km/h. L’unico materiale utile per la costruzione sono le spugnose rocce superficiali, la regolite marziana.
Servirà anche una sostanza stabilizzatrice che funga da legante e conferisca resistenza al materiale. La materia prima impiegata dovrà anche essere plastica, secondo i requisiti della tecnologia additiva.
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Come stabilizzatore solitamente si utilizza il cemento inorganico (ricavabile dall’acqua presente nel ghiaccio marziano, nella Co2 e nell’azoto dell’atmosfera marziana), oppure i polimeri biosintetici come la seta di ragno o l’albumina, che sono presenti nel sangue del bestiame di grossa taglia.

Sangue animale

Nel corso dei millenni, le sostanze leganti di origine biologica (resina, collagene, caseina, sangue) sono state ampiamente utilizzate per la produzione di colla. Gli adesivi sintetici a base di petrolio sono stati inventati soltanto di recente.
Il sangue animale veniva non di rado aggiunto ai solventi edilizi nel Medioevo. Nel XIX secolo, mischiando la segatura con il sangue di toro, in Francia si otteneva il bois durci, ossia il legno indurito. La miscela veniva riscaldata fino a 150-200°C e sottoposta a pressione per eliminare l’umidità in eccesso. Le molecole di albumina si univano alle catene di oligomeri e impregnavano l’intera massa conferendole un’incredibile resistenza.
Con questo legno indurito producevano piccoli mobili per interno e cornici. Per produrre un chilo di bois durciservivano circa 130 ml di sangue. Di fatto, questo fu il primo materiale bio-composito.
All’inizio del XX secolo la società americana Haskell Manufacturing mise sul mercato la haskelite, una sorta di compensato tenuto insieme da una colla idrofobica, ottenuta a partire dall’albumina di toro. Con questo materiale venivano prodotti gli scafi dei velivoli, le navi, i ponti e alcuni elementi in edilizia.
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Più volte si è pensato di utilizzare il sangue animale raccolto nei macelli, che solitamente viene gettato via o bruciato per costruire elementi edilizi. Per questi lavori venivano rilasciati dei brevetti. Ma queste e simili invenzioni non ebbero fortuna, in quanto i mattoni “di sangue” erano troppo costosi. Una questione a parte, però, è Marte, sul quale non ha potere la mano invisibile del mercato.

Sangue umano

È evidente che non c’è l’intenzione di portare del sangue su Marte. O almeno così non è al momento. Ciò significa che invece del sangue di toro, si dovrà utilizzare l’albumina umana.
Miscelando un materiale spugnoso (simile alla regolite lunare o marziana) con questa proteina contenuta nel sangue umano, gli scienziati britannici hanno ottenuto un bio-composito che non ha nulla da invidiare al cemento. L’hanno chiamato AstroCrete.
Ne hanno create due varietà, una per la Luna e una per Marte, con una concentrazione di albumina del 15 e del 37,5% rispettivamente. Il limite di resistenza alla compressione varia tra i 19,5 e 25 megapascal, come quello del comune cemento. Con l’aggiunta di urea, invece, arriva a 39,7.
L’albumina è la proteina più presente nel sangue umano. Nel plasma la sua concentrazione è compresa tra 40 e 45 grammi per litro e si ricrea con una rapidità di 12-25 grammi al giorno. Secondo le stime, un litro di sangue sarebbe sufficiente per 300 grammi di cemento composito. Se ogni astronauta donasse il sangue due volte a settimana, si otterrebbero circa 2,5 kg di materiale composito al mese. E in 72 settimane si potrebbe costruire un locale per un altro colonizzatore. Questa tecnologia non richiede bioreattori o strumentazione per ricavare polimeri sintetici. Di conseguenza, c’è un minor dispendio di energia, acqua e tempo.
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È importante comunque che la produzione non dipenda dalle consegne terrestri. A condizione che simili sistemi di approvvigionamenti funzionino con regolarità, la colonia potrebbe estendere in totale autonomia la superficie vitale o ripristinare quella eventualmente andata distrutta.

Un bio-additivo piccante

Le proprietà leganti dell’albumina si manifestano quando entrano in azione le proteine del sangue. Si uniscono tra di loro in strutture compatte, note come foglietti beta, che trattengono le particelle di materiale. Ma, per un risultato ottimale, le proteine vanno denaturate. E in questo processo il risultato migliore lo dà l’urea, uno degli ingredienti di AstroCrete.
Un uomo, in media ,produce tra 1 e 2 litri di urina al giorno, ossia tra 20 e 35 grammi di urea. Questa sostanza viene secreta dal nostro organismo previo consumo di acqua pulita. È una materia prima preziosa. Con questa, ad esempio, è possibile fertilizzare le piante. Ma, secondo gli scienziati, per questo uso sarà ottimale l’azoto della superficie mazriana, mentre l’urea verrà utilizzata per la creazione del cemento “a base di sangue”.

È la volta dei ragni

Come alternativa all’albumina umana si è considerata anche l’opzione della seta di ragno.
Infatti, alla base di questa seta vi è la stessa proteina, la fibroina, grazie alla quale il bombice del gelso tesse la sua tela. Le sue proprietà adesive non sono inferiori a quelle dell’albumina e le sue molecole formano delle reti molto resistenti, grazie ai legami all’idrogeno.
I ragni sono già stati inviati nello spazio più volte. Un recente esperimento (sull’ISS sono stati monitorati per 2 mesi 2 esemplari di sesso opposto della specie Trichonephila clavipes) ha dimostrato che i ragni riescono a tessere la loro tela anche in assenza di gravità.
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Tuttavia, utilizzare i ragni è molto complesso. Questi animali, infatti, necessitano di spazi riservati, piuttosto estesi, per non ostacolarsi a vicenda. Bisogna prendersi cura dei ragni e dar loro da mangiare. Inoltre, a differenza del bombice, è più difficile allevare un ragno. Bisognerebbe quindi creare degli analoghi sintetici della seta di ragno partendo da proteine ricombinate.
Nell’insediamento marziano, le materie prime potranno essere teoricamente sintetizzate anche in un bioreattore, ma, per non farlo fermare, si potranno produrre biocarburante, sostanze chimiche, farmaci, cibo, ecc. Ma finché non esisteranno queste strutture universali, i primi colonizzatori dovranno contare essenzialmente sulle proprie forze e sulle risorse del luogo.
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