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Riciclare l’urina per le strutture lunari

A cura di Caterina Triaca

Nei prossimi decenni, le agenzie spaziali americana, europea e cinese, si sono poste l’obiettivo di realizzare basi lunari. Per le missioni spaziali la Luna è un passaggio fondamentale e le basi che verranno costruite serviranno come punto di partenza per la futura esplorazione umana di Marte e dello spazio. Che si possa usare l’urina in questo intento?

L’attività di colonizzazione della Luna, però, non è affatto semplice. La mancanza di atmosfera rende l’ambiente lunare continuamente esposto ad altissimi livelli di radiazioni cosmiche. Le temperature sono estreme e non è da escludere la probabilità di un bombardamento di meteoriti. L’idea di aprire un cantiere lunare fuori dalla Terra è quindi un’operazione tutt’altro che facile.

Urina
Robot lunare che stampa in 3D la copertura di una cupola. Credits: European Space Agency

Quali materiali utilizzare?

Un altro aspetto fondamentale da tenere in considerazione per la costruzione delle future basi lunari riguarda la scelta dei materiali da utilizzare. Il prezzo di ogni chilogrammo di materiale inviato in orbita, infatti, supera i 20 milioni di dollari. Questo significa che impiegare materiali prodotti sulla Terra per le basi lunari ha un costo elevatissimo e difficilmente sostenibile. Diventa necessario cercare delle alternative che permettano di sfruttare le risorse già disponibili sul territorio lunare.

Per produrre miscele da costruzione simili calcestruzzo vengono quindi impiegate le materie direttamente presenti sulla Luna. In particolare la regolite, una sostanza disciolta sulla sua superficie, e l’acqua che può essere estratta dai ghiacciai presenti in alcune aree.

Caratteristiche dei geopolimeri

Il processo di geopolimerizzazione della regolite non richiede l’invio di materie prime dalla Terra, pertanto, è uno tra i più economicamente sostenibili.

I geopolimeri sono materiali allo stato amorfo e semi cristallino e contengono una grande quantità di silicio e alluminio. Hanno il vantaggio di presentare delle caratteristiche superiori rispetto al cemento e al calcestruzzo quando si trovano in condizioni estreme.

I principali componenti della regolite presente sul territorio lunare sono l’ossido di silicio e l’ossido di alluminio, aggiungendo degli additivi superplastificanti si ottiene l’impasto da costruzione.

L’urina e l’importanza del riciclo nello spazio

Oltre a sfruttare le risorse direttamente presenti sulla Luna, un altro aspetto da prendere in considerazione è quello del riciclo dei materiali. Nello spazio infatti questo ha una grandissima importanza e viene portato all’estremo. Gli astronauti a bordo della stazione spaziale internazionale, ad esempio, riciclano l’urina depurando e riutilizzando per vari scopi la sua frazione acquosa.

Dal momento che gli astronauti saranno presenti sulla Luna, gli scienziati si sono chiesti se non fosse possibile utilizzare la loro urina proprio per la costruzione delle basi lunari. Non solo perché permetterebbe di ricavare un’ulteriore quantità di acqua, che sul suolo lunare, ad eccezione di alcuni ghiacciai, scarseggia, ma anche perché l’urea, composto presente nell’urina, è in grado di rompere i legami chimici dell’idrogeno e rende quindi le miscele meno viscose e adatte alla stampa 3D.

Quali studi sono stati condotti sull’urina?

In collaborazione con l’Agenzia Spaziale Europea (ESA), un team internazionale ha svolto uno studio che mostra come l’urea possa essere utilizzata in qualità di elemento plastificante nel calcestruzzo delle strutture lunari.

Per la ricerca svolta in laboratorio è stato utilizzato un materiale molto simile alla regolite lunare dal punto di vista chimico e fisico. Sono stati creati quattro tipi di impasto, uno senza nessun tipo di additivo o urea, gli altri caratterizzati invece dall’aggiunta di urea o di altri tipi di additivi.

I test effettuati sui campioni sono stati svolti in condizioni di temperatura estrema, come quella che dovrebbero affrontare sulla Luna e hanno mostrato che il campione contenente l’urea aveva una maggiore resistenza e stabilità rispetto agli altri.

Urina
Estrusione di campioni di geopolimeri con urea. Credits: S. Pilehvar et al. / Journal of Cleaner Production

L’impiego dell’urina nelle basi lunari

La possibilità di impiegare l’urea come elemento plastificante è ancora in fase di studio. La tecnica di estrazione dell’urea deve essere perfezionata per evitare di avere impurità e dovranno essere condotti ulteriori esperimenti per verificare le proprietà e il comportamento di questi materiali in una situazione diversa da quella terrestre. Nonostante questo, l’idea non è da scartare e rappresenta un punto di partenza per un cantiere lunare che si basa sull’utilizzo di materie direttamente a disposizione sulla Luna.

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