Chociaż technologia Lithos Concrete została stworzona z myślą o Księżycu, może ona zmienić budownictwo na Ziemi. Dzięki produkcji twardego cementu bez użycia wody, przy pomocy enzymów i proszku mineralnego, stanowi ona zrównoważoną alternatywę dla obszarów suchych i dotkniętych zmianami klimatycznymi.
W wieku zaledwie 16 lat Palma Bejarano Rey stała się jedną z najbardziej obiecujących młodych naukowców hiszpańskich. Pochodząca z Algeciras nastolatka przewodzi rewolucji naukowej, która przyciągnęła uwagę międzynarodowych instytucji, takich jak NASA i Uniwersytet Cambridge. Jej kariera, naznaczona śmiałością, innowacyjnością i zaangażowaniem w ochronę środowiska, została doceniona w prestiżowych konkursach, takich jak Conrad Challenge, wspierany przez amerykańską agencję kosmiczną.
Palma nie tylko opracowała biomalowidło zdolne do oczyszczania powietrza i zbierania wody za pomocą genetycznie zmodyfikowanych mikroorganizmów, ale także poszła o krok dalej, realizując projekt, który może zmienić przyszłość eksploracji kosmosu: księżycowy cement oparty na enzymach i regolitach, niewymagający wody ani ciężkiego sprzętu . Ta innowacyjna propozycja została wybrana i zaprezentowana podczas CCIR Student Research Symposium 2025, jednego z najbardziej prestiżowych forów naukowych dla młodzieży na świecie, które odbędzie się w King’s College w Londynie pod patronatem Uniwersytetu Cambridge.
Poza osiągnięciami akademickimi, Palma reprezentuje nowe pokolenie młodych ludzi zaangażowanych w naukę jako narzędzie zmiany. Jej entuzjazm, dyscyplina i wizja przyszłości sprawiły, że współpracuje z programami doskonałości, takimi jak Summer Science Program w Kolorado, gdzie wraz z elitarnymi naukowcami prowadzi badania w dziedzinach takich jak astrofizyka, biologia i informatyka.
Pomysł zrodził się w umyśle nastolatki
Idea projektu zrodziła się dwa lata temu, kiedy Palma zaczęła badać program Artemis realizowany przez NASA. Zafascynowana pomysłem, że człowiek powróci na Księżyc w 2027 roku w ramach misji Artemis III, której celem jest utworzenie tam stałej bazy, szybko zdała sobie sprawę z ogromnego wyzwania, jakie to stanowi. „Transport materiałów, a zwłaszcza transport wody, powoduje astronomiczny wzrost kosztów” – wyjaśnia. Chociaż badane są takie techniki, jak druk 3D lub spiekanie laserowe, opcje te wymagają ogromnych ilości energii i zasobów, które na Księżycu są ograniczone lub nie istnieją.
Transport materiałów, a zwłaszcza transport wody, powoduje astronomiczny wzrost kosztów.
Palma Bejarano
Z tej motywacji zrodził się Lithos Concrete, pomysł, który zamiast powielać to, co robimy na Ziemi, dostosowuje się do ekstremalnych warunków panujących na Księżycu. Jego propozycja: suchy cement enzymatyczny, który nie wymaga pieców, żywych mikroorganizmów ani ciężkiego sprzętu. Wystarczy regolitu księżycowego (pył pokrywający powierzchnię Księżyca), niektórych enzymów sprowadzonych z Ziemi i minimalnych śladowych ilości pary wodnej, które można uzyskać z powietrza wydychanego przez astronautów, a nawet z ich potu. Wynik: kontrolowana reakcja chemiczna, w wyniku której powstaje stały węglan wapnia, ten sam materiał, z którego składają się muszle morskie i formacje takie jak marmur lub wapień.
Chociaż może się to wydawać pomysłem rodem z zaawansowanego laboratorium, w rzeczywistości zrodził się on w głowie ciekawskiej młodej dziewczyny, która następnie zebrała przez Internet międzynarodowy zespół nastolatków o podobnym entuzjazmie. „Nigdy nie widzieliśmy się osobiście, ale od roku pracujemy razem około 10 godzin tygodniowo, z pełnym zaangażowaniem” – opowiada. Z Kanady, Szwajcarii, Dubaju i różnych części Hiszpanii jej koledzy – Jessica, Giulio, Megha i Fernando – tworzą zespół, który Palma bez wahania określa jako „najlepszy na świecie”. Dla niej nauka nie jest samotną drogą, ale wspólnym projektem, który można realizować tylko dzięki współpracy i zbiorowej pasji.
Proces naukowy Lithos Concrete: budowanie na Księżycu za pomocą enzymów i proszku
Lithos Concrete opiera się na procesie biochemicznym zaprojektowanym do działania w warunkach panujących na Księżycu, gdzie woda i energia są niezwykle ograniczone. Kluczem do systemu jest enzym „anhydraza węglowa” (AC), naturalny biokatalizator, który może przyspieszyć milion razy reakcję między dwutlenkiem węgla (CO2) a parą wodną, tworząc jony wodorowęglanu. Technologia ta inspirowana jest procesami zachodzącymi w organizmach morskich, takich jak koralowce i mięczaki, które wytwarzają twarde struktury z węglanu wapnia w środowisku wodnym. Wyzwaniem dla firmy Lithos Concrete było przeniesienie tej zdolności do surowego i ekstremalnego środowiska, jakim jest Księżyc.
Aby to osiągnąć, zespół opracował dwuetapowy system znany jako bioreaktor CELINE, składający się z dwóch komór: bioreaktora Alpha i bioreaktora Beta.
W pierwszym etapie (Alpha) system wprowadza gaz CO2 (pochodzący z powietrza wydychanego przez astronautów) i parę wodną (również pochodzącą z oddychania lub potu ludzkiego) do matrycy krzemionkowej zawierającej unieruchomione enzymy AC. W tej komorze zachodzi główna reakcja:
(jon wodorowęglanowy)
Krzemionka nie tylko utrzymuje stabilność enzymu, ale także umożliwia dyfuzję gazów i chroni przed temperaturami i promieniowaniem księżycowym. Etap ten generuje roztwór bogaty w jony wodorowęglanu, który przechodzi do drugiej fazy poprzez system mikrokanalików.
W bioreaktorze Beta roztwór ten wchodzi w kontakt z jonami wapnia (Ca2+), wcześniej wydobytych z regolitu księżycowego — zwłaszcza z minerałów takich jak anortyt. Tam zachodzi druga reakcja:
Węglan wapnia zestala się w warunkach niskiej wilgotności środowiska księżycowego, tworząc proszek lub kryształ, który można zagęścić w celu uzyskania cegieł lub innych elementów konstrukcyjnych. Jest to w istocie rodzaj „suchego cementu”, który nie wymaga pieców ani wody w stanie ciekłym.
System podwójnej komory ma wyraźne zalety techniczne: pozwala oddzielić delikatne środowisko enzymu (który wymaga stabilnego pH i temperatury) od bardziej agresywnych warunków, w których zachodzi mineralizacja. Ponadto jest skalowalny: kilka jednostek Beta może być zasilanych z jednej komory Alpha, co ułatwia modułową produkcję w środowisku księżycowym.
Schemat systemu L-DEW (Lunar Dry Enzymatic Welding): proces dzieli się na dwa etapy. W bioreaktorze Alpha enzym unieruchomiony w krzemionce katalizuje przemianę CO₂ i pary wodnej w wodorowęglan (HCO₃⁻). Produkt ten jest przenoszony mikrokanałami do bioreaktora Beta, gdzie reaguje z jonami wapnia (Ca²⁺) wydobytych z regolitu księżycowego, tworząc węglan wapnia (CaCO₃), który jest zagęszczany jako księżycowy cement. Źródło: Zespół Lithos Concrete
Jak Lithos Concrete wypada na tle innych technologii księżycowych?
System L-DEW nie został opracowany od podstaw. Wręcz przeciwnie, opiera się on na wyczerpujących badaniach różnych technologii, które są obecnie analizowane przez agencje takie jak NASA lub ESA w celu budowy struktur mieszkalnych na Księżycu. Wszystkie te rozwiązania mają wspólny cel: maksymalne ograniczenie zależności od materiałów sprowadzanych z Ziemi, zgodnie z zasadami In-Situ Resource Utilization (ISRU).
Wśród najbardziej zaawansowanych technik znajduje się spiekanie mikrofalowe lub laserowe, polegające na topieniu regolitu księżycowego za pomocą skoncentrowanych wiązek energii do temperatury od 1100°C do 1600°C. Stopiony materiał schładza się i zestala, tworząc twarde powierzchnie, takie jak platformy lądowiska lub bloki konstrukcyjne. Chociaż jest to skuteczna technika, jej największym ograniczeniem jest ogromne zużycie energii i złożoność utrzymania kontroli temperatury w ekstremalnych warunkach panujących na Księżycu.
Badane jest również wykorzystanie geopolimerów i ich odmian, takich jak Lunarcrete, które mieszają regolitu z aktywatorami chemicznymi lub stopioną siarką w celu utworzenia materiałów stałych. Opcje te wymagają importu niektórych związków z Ziemi, a także obchodzenia się z cieczami lub stopionymi substancjami w wysokich temperaturach. Chociaż wykazały one dobrą wytrzymałość mechaniczną, występują w nich problemy, takie jak sublimacja siarki w próżni lub degradacja w wyniku cykli termicznych panujących na Księżycu.
W obliczu wszystkich tych propozycji firma Lithos Concrete przedstawia radykalnie odmienną alternatywę: proces inspirowany biologią, na zimno, bez ciężkiego sprzętu i składników płynnych, oparty na reakcjach chemicznych katalizowanych przez unieruchomione enzymy. Nie tylko zmniejsza to zużycie energii i potrzebę transportu materiałów z Ziemi, ale także pozwala na budowanie przy użyciu dostępnego regolitu i śladowych ilości pary wodnej odzyskanej z systemu podtrzymywania życia.
Dlaczego poświęcać zasoby, czas i badania na Księżyc, skoro na Ziemi jest tyle problemów?
„Pytanie, które zawsze mi zadają, tak jak dr Thomas Cech, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie chemii, podczas spotkania, które odbyłem z nim kilka tygodni temu: Dlaczego poświęcać zasoby, czas i badania na Księżyc, skoro na Ziemi jest tyle problemów?” – pyta Palma Bejarano w wywiadzie dla Muy Interesante. Odpowiada ona bardzo jasno:
„Odpowiedź jest zawarta w samym pytaniu i stanowi podstawę mojej motywacji. Po pierwsze, jeśli ta technologia sprawdzi się w ekstremalnych warunkach panujących na Księżycu, sprawdzi się również w najbardziej suchych i ubogich regionach Ziemi. Po drugie, jeśli nie uda nam się powstrzymać i odwrócić procesu niszczenia naszej wspaniałej planety przez człowieka, naszym obowiązkiem, zobowiązaniem i odpowiedzialnością wobec przyszłych pokoleń jest otwarcie drogi do badań nad budowaniem na innych planetach”.
Palma Bejarano pozuje wraz z dr Thomasem Cech, laureatem Nagrody Nobla w dziedzinie chemii, w Cambridge. Źródło: Palma Bejarano
Thomas R. Cech jest amerykańskim biochemikiem i jednym z najbardziej uznanych naukowców na świecie w dziedzinie biologii molekularnej. W 1989 roku otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii, wspólnie z Sidneyem Altmanem, za odkrycie, że RNA może pełnić funkcje katalityczne, czyli działać jak enzym.
Do tego czasu uważano, że tylko białka mogą katalizować reakcje chemiczne w organizmach żywych. Odkrycie Cecha zmieniło tę koncepcję i otworzyło nowe pole badań nad katalitycznym RNA, które obecnie łączy się również z teoriami dotyczącymi pochodzenia życia (takimi jak hipoteza „świata RNA”).