Studi baru menguraikan proses bioteknologi untuk menghasilkan bahan bakar roket di planet merah — ScienceDaily
Strange & Offbeat

Studi baru menguraikan proses bioteknologi untuk menghasilkan bahan bakar roket di planet merah — ScienceDaily

Para peneliti di Institut Teknologi Georgia telah mengembangkan sebuah konsep yang akan membuat bahan bakar roket Mars, di Mars, yang dapat digunakan untuk meluncurkan astronot masa depan kembali ke Bumi.

Proses bioproduksi akan menggunakan tiga sumber daya asli planet merah: karbon dioksida, sinar matahari, dan air beku. Ini juga akan mencakup pengangkutan dua mikroba ke Mars. Yang pertama adalah cyanobacteria (alga), yang akan mengambil CO2 dari atmosfer Mars dan menggunakan sinar matahari untuk membuat gula. E. coli yang direkayasa, yang akan dikirim dari Bumi, akan mengubah gula tersebut menjadi propelan khusus Mars untuk roket dan perangkat propulsi lainnya. Propelan Mars, yang disebut 2,3-butanediol, saat ini ada, dapat dibuat oleh E. coli, dan, di Bumi, digunakan untuk membuat polimer untuk produksi karet.

Mesin roket yang berangkat dari Mars saat ini direncanakan akan berbahan bakar metana dan oksigen cair (LOX). Tidak ada di planet merah, yang berarti mereka perlu diangkut dari Bumi untuk menggerakkan pesawat ruang angkasa kembali ke orbit Mars. Transportasi itu mahal: mengangkut 30 ton metana yang dibutuhkan dan LOX diperkirakan menelan biaya sekitar $8 miliar. Untuk mengurangi biaya ini, NASA telah mengusulkan menggunakan katalisis kimia untuk mengubah karbon dioksida Mars menjadi LOX, meskipun ini masih membutuhkan metana untuk diangkut dari Bumi.

Sebagai alternatif, peneliti Georgia Tech mengusulkan strategi pemanfaatan sumber daya in situ (bio-ISRU) berbasis bioteknologi yang dapat menghasilkan propelan dan LOX dari CO2. Para peneliti mengatakan membuat propelan di Mars menggunakan sumber daya Mars dapat membantu mengurangi biaya misi. Selain itu, proses bio-ISRU menghasilkan 44 ton oksigen bersih berlebih yang dapat disisihkan untuk keperluan lain, seperti mendukung kolonisasi manusia.

“Karbon dioksida adalah satu-satunya sumber daya yang tersedia di Mars. Mengetahui bahwa biologi sangat baik dalam mengubah CO2 menjadi produk yang bermanfaat membuatnya cocok untuk membuat bahan bakar roket,” kata Nick Kruyer, penulis pertama studi ini dan penerima gelar Ph.D. baru-baru ini dari Sekolah Teknik Kimia dan Biomolekuler (ChBE) Georgia Tech.

Makalah tersebut menguraikan proses, yang dimulai dengan mengangkut bahan plastik ke Mars yang akan dirakit menjadi fotobioreaktor seluas empat lapangan sepak bola. Cyanobacteria akan tumbuh di reaktor melalui fotosintesis (yang membutuhkan karbon dioksida). Enzim dalam reaktor terpisah akan memecah cyanobacteria menjadi gula, yang dapat diumpankan ke E. coli untuk menghasilkan propelan roket. Propelan akan dipisahkan dari kaldu fermentasi E. coli menggunakan metode pemisahan lanjutan.

Penelitian tim menemukan bahwa strategi bio-ISRU menggunakan daya 32% lebih sedikit (tetapi beratnya tiga kali lebih banyak) daripada strategi pengiriman metana yang dimungkinkan secara kimiawi dari Bumi dan menghasilkan oksigen melalui katalisis kimia.

Karena gravitasi di Mars hanya sepertiga dari apa yang dirasakan di Bumi, para peneliti mampu berkreasi saat memikirkan bahan bakar potensial.

“Anda membutuhkan lebih sedikit energi untuk lepas landas di Mars, yang memberi kami fleksibilitas untuk mempertimbangkan bahan kimia berbeda yang tidak dirancang untuk peluncuran roket di Bumi,” kata Pamela Peralta-Yahya, penulis studi dan rekanan. profesor di Sekolah Kimia & Biokimia dan ChBE yang merekayasa mikroba untuk produksi bahan kimia. “Kami mulai mempertimbangkan cara untuk memanfaatkan gravitasi planet yang lebih rendah dan kekurangan oksigen untuk menciptakan solusi yang tidak relevan untuk peluncuran ke Bumi.”

“2,3-butanediol telah ada sejak lama, tetapi kami tidak pernah berpikir untuk menggunakannya sebagai propelan. Setelah analisis dan studi eksperimental awal, kami menyadari bahwa itu sebenarnya adalah kandidat yang baik,” kata Wenting Sun, associate professor di Daniel Guggenheim School of Aerospace Engineering, yang mengerjakan bahan bakar.

Tim Georgia Tech menjangkau kampus. Ahli kimia, kimia, mekanik, dan insinyur kedirgantaraan berkumpul untuk mengembangkan ide dan proses untuk menciptakan bahan bakar Mars yang layak. Selain Kruyer, Peralta-Yahya, dan Sun, kelompok tersebut termasuk Caroline Genzale, seorang ahli pembakaran dan profesor di Sekolah Teknik Mesin George W. Woodruff, dan Matthew Realff, profesor dan David Wang Sr. Fellow di ChBE, yang adalah seorang ahli dalam proses sintesis dan desain.

Tim sekarang sedang mencari cara untuk melakukan optimasi biologis dan material yang diidentifikasi untuk mengurangi berat proses bio-ISRU dan membuatnya lebih ringan dari proses kimia yang diusulkan. Misalnya, meningkatkan kecepatan pertumbuhan cyanobacteria di Mars akan mengurangi ukuran fotobioreaktor, secara signifikan menurunkan muatan yang diperlukan untuk mengangkut peralatan dari Bumi.

“Kami juga perlu melakukan eksperimen untuk menunjukkan bahwa cyanobacteria dapat tumbuh dalam kondisi Mars,” kata Realff, yang bekerja pada analisis proses berbasis alga. “Kita perlu mempertimbangkan perbedaan spektrum matahari di Mars baik karena jarak dari Matahari dan kurangnya penyaringan atmosfer dari sinar matahari. Tingkat ultraviolet yang tinggi dapat merusak cyanobacteria.”

Tim Georgia Tech menekankan bahwa mengakui perbedaan antara kedua planet sangat penting untuk mengembangkan teknologi yang efisien untuk produksi bahan bakar, makanan, dan bahan kimia ISRU di Mars. Itu sebabnya mereka mengatasi tantangan biologis dan material dalam penelitian ini dalam upaya untuk berkontribusi pada tujuan kehadiran manusia di masa depan di luar Bumi.

“Laboratorium Peralta-Yahya unggul dalam menemukan aplikasi baru dan menarik untuk biologi sintetik dan bioteknologi, mengatasi masalah menarik dalam keberlanjutan,” tambah Kruyer. “Penerapan bioteknologi di Mars adalah cara sempurna untuk memanfaatkan sumber daya yang tersedia terbatas dengan bahan awal yang minimal.”

Penelitian ini didukung oleh NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC) Award.

Posted By : togel hari ini hongkong yang keluar 2021