Uit de experimenten moet blijken of het meestgebruikte bouwmateriaal op aarde ook in de ruimte functioneert.

De komende decennia zal een select groepje mensen zich naar de maan en Mars verplaatsen om daar gedurende langere tijd te vertoeven. Het vereist wel dat we daar gebouwen gaan neerzetten waarin deze maan- en Marskolonisten kunnen werken en wonen. Het gebruik van beton ligt dan voor de hand. Het is sterk genoeg om astronauten te beschermen tegen kosmische straling en meteorieten en kan mogelijk gemaakt worden met behulp van lokale ingrediënten, zoals regoliet (maanstof).

In het ISS
De grote vraag is echter of beton dat op Mars en de maan – en dus onder andere omstandigheden dan op aarde – gemaakt wordt, dezelfde eigenschappen heeft als aards beton. Om daar meer inzicht in te krijgen, hebben onderzoekers twee ingrediënten voor cement (een belangrijk ingrediënt van beton, zie kader hieronder) naar het internationale ruimtestation gestuurd, alwaar astronauten ze met elkaar gemengd hebben en er dus cement van hebben gemaakt. Een primeur!


Beton is eigenlijk niets anders van een mix van zand, grind en steenslag die bij elkaar wordt gehouden door cement, dat op zijn beurt weer bestaat uit water en cementpoeder.

De astronauten aan boord van het ISS gingen aan de slag met water en cementpoeder. Nadat de astronauten deze twee bestanddelen met elkaar hadden gemengd, lieten ze verschillende cementmonsters (deels) en onder verschillende zwaartekrachtniveaus – die gesimuleerd werden in een zogenoemde centrifuge – uitharden.

Poreus
Het in het ISS geproduceerde cement stelt onderzoekers voor het eerst in staat om op aarde vervaardigd cement met ‘buitenaards’ cement te vergelijken. Daarbij keken ze met name naar de microstructuur van het cement: is die anders wanneer je cement maakt op een plek zonder of met beperkte zwaartekracht? Een eerste analyse van het in de ruimte gefabriceerde cement toont aan van wel. Zo blijkt het in de ruimte gemaakte cement ietwat poreuzer te zijn dan cement dat op aarde is gefabriceerd. “Een grotere porositeit heeft een directe impact op de kracht van het materiaal,” merkt onderzoeker Aleksandra Radlinska op. “Maar we moeten nog testen hoe sterk het in de ruimte gevormde materiaal is.”

Boven zie je de microstructuur van cement dat in de ruimte is gemaakt. Wat opvalt, is dat het veel poreuzer is – oftewel veel meer open ruimtes bevat – dan het cement dat op de aarde is gefabriceerd en je eronder ziet. Afbeelding: Penn State Materials Characterization Lab.

Voor nu zijn de resultaten toch hoopgevend te noemen. Zo was tot voor kort onbekend of het überhaupt mogelijk was om cement in de ruimte te maken en uit te laten harden. “Wij bevestigen dat het kan,” stelt Radlinska.


Vervolgonderzoek
Hoewel cement en beton op grote schaal op aarde gebruikt worden, weten we verrassend weinig over de chemische processen die in deze materialen spelen en hoe veranderingen in zwaartekracht daarop van invloed zijn. Het maakt de experimenten in de ruimte heel waardevol. “Nu weten we dat er enkele verschillen zijn tussen het op aarde en in de ruimte gemaakte cement en kunnen we deze verschillen nader bestuderen om te achterhalen welke voordelig en welke nadelig zijn voor het gebruik van deze materialen in de ruimte.” Daarnaast analyseren Radlinska en collega’s momenteel in het ISS vervaardigde cementmonsters die gesimuleerd maanstof bevatten.

De wetenschappers hopen dat hun studie ertoe leidt dat ze de eerste maan- en Marskolonisten straks het ultieme recept voor cement en beton kunnen overhandigen. Hier op aarde weten we inmiddels wel welke verhoudingen van ingrediënten leiden tot een stevig bouwmateriaal, maar op een hemellichaam met een andere zwaartekracht kunnen die verhoudingen net anders liggen. “Nu kunnen we de volgende stap zetten en bindmiddelen (voor beton, zoals cement, red.) vinden die specifiek geschikt zijn voor de ruimte en voor verschillende zwaartekrachtniveaus, van 0 g tot Mars g en alles ertussen.”