Onderzoekers ontwikkelden een inventief apparaatje waarmee we ter plekke in onze behoeften kunnen voorzien.

Het is nu nog toekomstmuziek, maar op een dag hopen velen – waaronder Elon Musk en NASA – Mars te kunnen koloniseren. Prachtige plannen die natuurlijk enorm tot de verbeelding spreken. Maar er komt ook redelijk wat bij om hoek kijken. Hoe krijgen we bijvoorbeeld alles wat we nodig hebben vanaf de aarde naar Mars verscheept? Daarom zoeken wetenschappers naar oplossingen en kijken daarbij naar de grondstoffen die er op Mars te vinden zijn, zodat we het lokaal zelf kunnen fabriceren. En een nieuw apparaatje uitgevonden door Amerikaanse onderzoekers biedt daarvoor uitkomst.

Van brandstof tot medicijnen
“Om op Mars te kunnen leven, hebben we bepaalde dingen nodig,” zegt onderzoeker Peidong Yang tegen Scientias.nl. “Denk aan brandstof en medicijnen, maar ook voedsel en natuurlijk zuurstof.” Het is erg lastig en bovendien veel te duur om dit allemaal vanaf de aarde naar Mars te verslepen. En daarom ontwikkelden de onderzoekers in een nieuwe studie een apparaat waarmee kooldioxide uit de lucht opgevangen kan worden om dit vervolgens om te zetten in bruikbare producten. “Wat ons apparaat kan doen gaat als volgt: kooldioxide + water + zonlicht = brandstoffen / chemicaliën + zuurstof,” legt Yang uit.


De linkerkant van de reactor is de kamer met de bacteriën en nanodraden die CO2 reduceert tot acetaat. Aan de rechterkant wordt zuurstof geproduceerd. Afbeelding: UC Berkeley, foto gemaakt door Peidong Yang

De afgelopen acht jaar hebben de onderzoekers hard aan hun uitvinding gewerkt. Wat het apparaat doet, is als volgt. Het hybride systeem combineert bacteriën (Sporomusa ovata) en nanodraden die de energie van zonlicht kunnen opvangen, om kooldioxide en water om te zetten in bouwstenen voor organische moleculen. “Op Mars is ongeveer 96 procent van de atmosfeer CO2,” zegt Yang. “Alles wat je daarom nodig hebt, zijn deze nanodraden om zonne-energie op te nemen en door te geven aan de bacteriën die de rest voor hun rekening nemen.” Zonlicht en kooldioxide zijn ruimschoots op Mars aanwezig. De enige andere vereiste is water. Maar ook dat hoeft niet per se een probleem te zijn. Op de Martiaanse polen komen namelijk ijskappen van bevroren water voor. Bovendien zou het volgens Yang goed kunnen dat onder het grootste deel van de planeet bevroren water verborgen ligt.

Wat zijn nanodraden?
Nanodraden zijn dunne siliciumdraden van ongeveer een honderdste van de breedte van een mensenhaar. Deze kunnen worden gebruikt als elektronische componenten, maar bijvoorbeeld ook als sensoren en zonnecellen.

Acetaat
In dit geval functioneren de nanodraden als een soort antenne: ze vangen het zonnefoton op, net als een zonnepanneel. “Wat er dus eigenlijk gebeurt, is dat de nanodraden licht absorberen, elektronen genereren en deze aan de bacteriën geven,” vat Yang samen. “Deze bacteriën nemen de elektronen op en – op dezelfde manier waarop planten suikers maken – zetten twee koolstofdioxidemoleculen en water om in acetaat en zuurstof. En deze acetaatmoleculen kunnen dienen als bouwstenen voor een reeks organische moleculen, van brandstoffen en kunststoffen tot medicijnen.”

Samenklonterende bacteriën nauw verpakt rond de nanodraden. Hoe dichter de bacteriën op. elkaar zitten, hoe efficiënter de conversie van zonne-energie naar koolstofbindingen. Afbeelding: UC Berkeley, foto gemaakt door Peidong Yang

Het systeem werkt dus eigenlijk op dezelfde manier als fotosynthese. Planten hebben echter een vrij laag rendement en zetten doorgaans minder dan een half procent van de zonne-energie om in koolstofverbindingen. Toen Yang vijf jaar geleden zijn eerste reactor presenteerde, was de efficiëntie vergelijkbaar met planten. Dat moest beter. “We hebben het systeem nu geoptimaliseerd, waardoor we ook een hoger rendement hebben,” vertelt hij. “We zijn nu van 0,4 procent naar 3,6 procent gegaan.” Daarnaast wordt er net als bij fotosynthese zuurstof gefabriceerd. En dat is een groot bijkomend voordeel. Dit zuurstof zou namelijk gebruikt kunnen worden om de eerste Marskolonisten in zuurstof te voorzien.


Oplossing
Het veelbelovende apparaat biedt mogelijk uitkomst voor de eerste mensen die voet op Mars zetten. Het zou daarom best kunnen dat dit apparaat de reiskoffer haalt. “Je weet het natuurlijk nooit zeker, maar we bieden wel een mogelijke oplossing,” zegt Yang. Zijn laboratorium zal daarnaast naar manieren blijven zoeken om de efficiëntie te verhogen. Bovendien zijn ze op zoek naar nieuwe technieken voor het genetisch manipuleren van de bacteriën om ze veelzijdiger te maken, zodat ze in staat zijn om een verscheidenheid aan organische verbindingen te produceren.

Overigens zijn meerdere wetenschappers op zoek manieren om leven op Mars mogelijk en aangenamer te maken. Zo bedacht een eerder onderzoeksteam al een ingenieuze methode om van schimmels meubilair en zelfs complete leefmodules te bouwen. Bovendien houdt een enthousiaste Wageningse onderzoeker zich al enige tijd bezig met het verbouwen van groente en fruit op Mars. En dat maakt het idee van een kolonisatie van de rode planeet steeds concreter. Dat we ooit naar Mars zullen afreizen, lijkt wat dat betreft buiten kijf te staan. En misschien doen we dat al wel in 2032.