Le case su Marte saranno stampate in 3D usando lievito e gelatina: il Martian Living Building Material

Costruire su Marte senza trasportare tonnellate di cemento dalla Terra o consumare enormi quantità di energia è una delle sfide cruciali per le future colonie umane. Un team di ricercatori della Hong Kong University of Science and Technology ha sviluppato il Martian Living Building Material (MLBM), un bio-materiale edilizio avanzato ottenuto miscelando sabbia inerte con un idrogel a base di gelatina e lievito (Saccharomyces cerevisiae) ingegnerizzato geneticamente.

Fino a oggi, i progetti di costruzione extraterrestre hanno previsto la fusione o la sinterizzazione della sabbia e dei minerali locali (il regolito) a temperature superiori ai 1.000 °C. Questo approccio richiede impianti industriali dedicati e un elevato consumo energetico, difficile da sostenere nelle prime fasi di un insediamento umano.

Le biotecnologie possono offrire un'alternativa. In uno studio pubblicato su Cell Press i ricercatori hanno impiegato microrganismi geneticamente modificati per sintetizzare i leganti direttamente sul posto e a basse temperature. Il risparmio energetico è consistente: per fabbricare un metro cubo di bio-materiale occorre l'energia generata in meno di un'ora da un comune pannello solare operante su Marte, a fronte dei diversi giorni o settimane di alimentazione continua richiesti dai processi di fusione ad alta temperatura.

La chiave del processo risiede nell'ingegnerizzazione del lievito Saccharomyces cerevisiae, modificato sfruttando il sistema di espressione superficiale AGA1/AGA2. Sulla parete esterna delle cellule sono stati inseriti tre componenti biologici con compiti specifici:

• gestire il congelamento: la proteina di superficie AGA2 interagisce con l'acqua in modo simile alle proteine antigelo, evitando la formazione di grandi vuoti interni e creando una struttura di micropori uniforme;
• legare i lieviti tra loro: un sistema di ancoraggio molecolare (SpyTag/SpyCatcher) crea legami covalenti diretti tra le cellule vicine, aumentando la coesione interna del gel.
• aderire alla sabbia: proteine d'adesione ispirate a quelle dei mitili permettono al gel biologico di saldarsi alla superficie dei granelli di sabbia.

La fabbricazione di questo gel "marziano" si articola in quattro fasi sequenziali:

• Sintesi del gel: l'idrosol biologico viene prodotto all'interno di bioreattori chiusi impiegando acqua estratta dal ghiaccio marziano.
• Miscelazione: il legante biologico (il gel di acqua, gelatina e lieviti) viene unito con la sabbia locale.
• Stampa 3D robotizzata: si deposita il materiale a strati mantenendo l'ugello dell'estrusore a circa 37 °C per preservare la fluidità dell'idrogel.
• Indurimento ambientale: esposizione diretta alle condizioni estere marziane, dove il congelamento criogenico e la rapida sublimazione dell'acqua trasformano la miscela fluida in una struttura porosa rigida.

I ricercatori hanno validato questo intero processo in laboratorio stampando un modello in scala ridotta all'interno di una camera climatica impostata sulle condizioni atmosferiche marziane (-30 °C e 0,01 atm).

Il bio-materiale garantisce solide prestazioni meccaniche: raggiunge una resistenza alla compressione di circa 12 MPa e alla flessione di circa 6 MPa. La sua elevata tenacità gli consente di deformarsi e assorbire l'energia degli impatti, una caratteristica fondamentale per resistere alle violente tempeste di sabbia marziane. Oltre alla resistenza, il bio-cemento si distingue per la sua totale riciclabilità. A fine vita, i blocchi dismessi possono essere frantumati, reidratati e scaldati a soli 45 °C per sciogliere la matrice biologica e stampare nuovi elementi. I test di laboratorio hanno dimostrato che il materiale può essere riciclato per 4 generazioni successive mantenendo inalterata la sua robustezza e preservando la vitalità delle cellule di lievito.

La formulazione sperimentale impiega ancora una quota di gelatina suina di derivazione terrestre come supporto, ma i test condotti su campioni 100% cellulari confermano che i lieviti ingegnerizzati possono consolidare la sabbia anche in assenza di gelatina. Nelle future infrastrutture marziane, questo materiale potrebbe costituire il guscio protettivo esterno portante, che dovrà essere integrato da membrane interne sigillate per garantire il mantenimento della pressione e dell'atmosfera abitabile per l'equipaggio.

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