Nước tiểu của phi hành gia trở thành thứ quý hiếm trên Mặt Trăng

Kể từ khi Tổng thống Donald Trump thúc đẩy kế hoạch quay trở lại Mặt Trăng vào năm 2024, Cơ quan Hàng khôngVũ trụ Mỹ (NASA) và các đối tác của mình đã rất nỗ lực để có thể tiến tới việc xây dựng trạm căn cứ cố định trên Mặt Trăng vào cuối thập kỷ này. Đây được coi là bước đệm cho các chiến dịch đổ bộ lên sao Hỏa trong tương lai.

Nếu các phi hành gia dành nhiều tuần trên Mặt Trăng, họ sẽ phải tìm cách thích nghi với cuộc sống ngoài Trái Đất. Tuy nhiên, chi phí vận chuyển những thứ cần thiết từ Trái Đất lên đó sẽ rất cao. Do vậy, các nhà khoa học sẽ phải sáng tạo với nguồn lực hạn chế trên bề mặt Mặt Trăng. Họ phát hiện ra rằng bụi trên Mặt Trăng là một vật liệu xây dựng tuyệt vời và nước tồn tại dưới dạng băng ở cực Nam có thể trở thành nhiên liệu tên lửa. Nhưng thứ quý giá nhất trong số chúng chính là nước tiểu của các phi hành gia.

Vật liệu xây dựng quý giá

Đầu năm nay, một nhóm các nhà nghiên cứu châu Âu đã chứng minh rằng ure - hợp chất phổ biến thứ hai trong nước tiểu của con người sau nước - có thể trộn với bụi Mặt Trăng được sử dụng làm vật liệu xây dựng. Vật liệu thu được là geopolymer,có tính chất tương tự như bê tông và có khả năng được sử dụng để xây dựng các bãi đỗ, môi trường sống và các cấu trúc khác trên Mặt Trăng.

Trên Trái Đất, geopolymer thường được coi là một vật liệu thân thiện với môi trường thay thế bê tông. Một trong những thành phần chính trong bê tông là xi măng, đòi hỏi quá trình sản xuất ở nhiệt độ cao, giải phóng rất nhiều CO2. Tuy nhiên, geopolymer không đòi hỏi nhiều năng lượng như vậy. Thay vì xi măng, nó sử dụng đá nghiền hoặc tro bay, sản phẩm thải từ đốt than trộn với nước và một số hợp chất khác. Để tạo ra vật liệu xây dựng, lớp đất trên Mặt Trăng có thể thay thế tro bay, nhưng nước thì rất quý hiếm.

“Nước vô cùng quý giá trên Mặt Trăng. Vì vậy, một trong những mục tiêu chính của chúng tôi trong nghiên cứu này là giảm lượng nước cần thiết để sản xuất geopolymer”, Marlies Arnhof, thành viên của nhóm nghiên cứu thuộc Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA), nói.

Arnhof và các đồng nghiệp của cô đã phát hiện ra, ure cũng hoạt động tốt và có sẵn trên Mặt Trăng. Thay vì lọc các chất gây ô nhiễm trong nước tiểu phi hành gia và tái chế thành nước thải, nước tiểu có thể được lưu trữ trong một bể chứa và thu hoạch ure. Các nhà khoa học đã trộn bột ure tổng hợp với chất mô phỏng đất bề mặt để tạo ra các cấu trúc hình trụ có kích thước bằng nắm tay và để chúng khô lại. Sau đó, họ dùng máu in 3D để tạo ra một kết cấu, tương tự các xây dựng trên Mặt Trăng. Kết quả là vật liệu này khá bền, không bị nứt vỡ.

Bảo vệ phi hành gia khỏi bức xạ ion hóa nguy hiểm trên Mặt Trăng

Geopolymer có trong nước tiểu cũng có thể giúp phi hành gia tránh khỏi bức xạ ion hóa nguy hiểm trên bề mặt Mặt Trăng. Mặt Trăng không có bầu khí quyển hoặc từ trường mạnh để làm chệch hướng bức xạ từ Mặt Trời, điều đó có nghĩa là các phi hành gia có nguy cơ mắc bệnh ung thư cao hơn khi ở đây. Geopolymer từng được sử đụng để chứa chất thải hạt nhân trên Trái Đất, và Arnhof cho rằng nguyên tắc tương tự cũng có thể bảo vệ các phi hành gia trên Mặt Trăng.

Cơ quan Vũ trụ châu Âu đang nghiên cứu tiếp để xác định xem liệu vật liệu này có hiệu quả trong việc che chắn chống bức xạ hay không không. Cơ quan này cũng cần chứng minh rằng có thể sản xuất vật liệu này trên Mặt Trăng. Trong nghiên cứu, geopolymer được tạo ra ở ​​nhiệt độ phòng trong môi trường ngoài trời. Nhưng in 3D khó khăn hơn rất nhiều trong môi trường chân không trọng lực thấp. Geopolymer cũng cần có khả năng chịu được sự dao động nhiệt độ rất lớn trên Mặt Trăng, trong khoảng từ -173 tới 126 độ C.

Tái chế thành nước uống

Nước tiểu của phi hành gia còn rất nhiều công dụng khác, đó là tái chế thành nước uống, giống như các phi hành gia từng làm trên Trạm vũ trụ quốc tế. Mặc dù có nước đông lạnh ở cực Nam Mặt Trăng, nhưng vẫn chưa rõ có thể chiết xuất và sử dụng loại nước này hay không. Nó cũng chứa các chất độc hại như thủy ngân và hydro sunfua, có nghĩa là nó phải được lọc sạch đảm bảo an toàn cho con người.

Trồng cây lương thực

Sử dụng nước tiểu phi hành gia để trồng thực phẩm cũng là một ý tưởng tuyệt vời. Ure trong nước tiểu phân hủy thành amoniac, carbon dioxide và một số loại vi khuẩn rất tốt trong việc chuyển đổi amoniac thành muối nitrat - một loại phân bón phổ biến. Điều này có nghĩa là nó có thể được sử dụng trong một hệ khép kín, nơi nước tiểu được tái chế và ure được sử dụng làm nguyên liệu cho phân bón thực vật.

Các nhà nghiên cứu tại Trung tâm Hàng không vũ trụ Đức đã trồng rau thành công trong nước tiểu của con người trong nhiều năm. Vào cuối năm 2018, họ đã phóng một vệ tinh để thử nghiệm một phiên bản thu nhỏ của các nhà kính chạy bằng nước tiểu trên quỹ đạo Trái Đất.

Trong môi trường cằn cỗi, mỗi giọt chất lỏng cũng đều rất quý giá. Vì vậy, cho dù được sử dụng làm vật liệu xây dựng, phân bón hoặc hỗ trợ sự sống, có vẻ như nước tiểu sẽ có vai trò rất lớn khi con người bước vào hệ Mặt Trời.