ESA-astronauten Luca Parmitano arbetar med BioRock-experimentet på den internationella rymdstationen, en föregångare till BioAsteroid-projektet. Kredit:ESA
När mänskligheten närmar sig möjligheten att leva och arbeta miljontals mil från jorden på planeter som Mars, forskare tittar bortom vår planet på hur man skaffar de material som behövs för att etablera en självförsörjande närvaro i rymden.
Forskare sätter gruvmetoder på prov i mikrogravitation för att se om asteroider kan ge en enorm ny källa till värdefulla material och spårämnen. ESA (European Space Agency) BioAsteroid-experiment som lanseras ombord på det 21:a SpaceX-laståterförsörjningsuppdraget undersöker biomining i mikrogravitation ombord på den internationella rymdstationen. Studien gör detta genom att skicka experimentella enheter (bioreaktorer) till rymdstationen som innehåller asteroidmaterial och observera mikrobernas förmåga att extrahera användbara element från det steniga substratet.
Biomining är ett miljövänligt och energieffektivt sätt att utvinna användbara ämnen genom att använda mikrober för att bryta ner stenar för att göra jord eller ge näringsämnen. Mikrober är små organismer som bakterier och svampar som har en mängd olika funktioner. Vissa mikrober har förmågor som kan vara till nytta för människor, såsom biomining. "Mikrober är väldigt bra på att göra dessa saker, eftersom de har brutit element i tre och en halv miljard år, långt innan människor kom, " säger BioAsteroid Investigator och professor vid UK Centre for Astrobiology vid University of Edinburgh, Charles Cockell.
Även om biomining har använts på jorden för att ta itu med föroreningsproblem som sura mindränering, en stor fråga är hur dessa mikrober fäster på ytor, eller bildar biofilmer, i rymden. Mikrogravitation kan förändra grundläggande fysiska processer som konvektion och vätskeblandning. Cockell har tagit upp några av dessa frågor som huvudutredare för BioRock, som genomfördes på rymdstationen 2019 efter leveransen på SpaceX CRS-18. Denna tidigare ESA-undersökning undersökte hur mikrogravitation och marsgravitation påverkar de mikrobiella processer som är involverade i biomining. Överraska forskargruppen, mikrogravitation hade ingen skadlig effekt på biomining. Resultaten publicerades i den vetenskapliga tidskriften Nature tidigare i år. "Mikroberna kunde biominera på samma sätt under olika gravitationsförhållanden. Vi demonstrerade framgångsrikt extraktion av sällsynta jordartsmetaller från basalt, en beståndsdel av månens och Mars yta, säger Cockell.
En preflight-vy av BioAsteroid Experiment Unit där BioAsteroid-undersökningen utförs integrerad i experimentbehållaren för BioAsteroid-undersökningen. Varje experimentenhet har två odlingskammare. Kredit:ESA
Nu när BioRock har genomfört den första tekniska demonstrationen av en bioreaktor som utför biomining på basalt, Cockell har siktet inställt på att utvinna element från asteroider. "Hela poängen med BioAsteroid är att försöka förstå hur mikrober interagerar med asteroidmaterial i mikrogravitation, och om de kan användas för att accelerera, eller katalysera, nedbrytningen av asteroidmaterial för att frigöra användbara element, säger Cockell.
BioAsteroid fokuserar på mikrober som har använts i biomining tidigare, men innehåller en ny twist. "Istället för att titta på basalt, vi tittar på asteroidmaterial. Istället för bara bakterier, vi tittar på en bakterie och en svamp, och en bakterie och en svamp blandade, " säger Cockell. Svamparna som används i BioAsteroid är aggressiva upplösare av sten, producerar massor av syra och bildar nätverk över stenar med mycel. Genom att sänka miljöns pH, mikroberna kommer att extrahera positivt laddade element från asteroidmaterial, får det att gå sönder.
Den mestadels automatiserade utredningen kommer att vara aktiv i 19 dagar, under vilken mikroberna och svampen kommer att interagera med bitar av en 4,5 miljarder år gammal kondritasteroid som finns i Marocko. Var och en av 12 kammare kommer att innehålla cirka 1 gram asteroid och 5 milliliter vätska innehållande cirka 1-5 miljarder mikrober.
"Du måste få ut saker ur jordskorpan på en planet för att bygga saker, oavsett om det är järn i ditt rymdskepp, eller om det är sällsynta jordartsmetaller i dina mobiltelefoner eller dina datorskärmar, " säger Cockell. "Civilisation är byggd på element som har grävts ut ur jordskorpan." Dessa element har utvunnits genom historien och använts för verktyg:från metallurgi till miniatyrisering av elektroniska komponenter som kondensatorer och magneter. Kanske i framtiden, mänskligheten kommer att ha rymdstenar, och naturligtvis mikrobiella gruvarbetare, att tacka för rymdkolonier och ny teknik.
