Arriverà mai l’uomo a colonizzare altri pianeti e a costruire case e strutture dove vivere e lavorare? Purtroppo non possiamo saperlo con esattezza, ma se mai dovesse accadere questa eventualità, i conquistatori marziani si troverebbero davanti alla scelta di quale materiale utilizzare. La risposta però potrebbe essere molto semplice, e ricade sul materiale più utilizzato dall’uomo sulla Terra: il calcestruzzo.

E’ possibile un cemento spaziale?

Non è la prima volta che questo materiale viene preso in considerazione quando si parla di missioni spaziali, come testimonia questa ricerca della Northwestern University. Secondo molti il calcestruzzo sarebbe il materiale ideale per costruire i primi edifici in ambienti extraterrestri, perché è abbastanza forte e durevole da resistere alle radiazioni cosmiche e ai meteoriti, permettendo ai conquistatori di vivere in totale sicurezza. Inoltre potrebbe anche essere realizzato utilizzando le risorse disponibili sui questi corpi celesti, come la polvere sulla Luna, eliminando la necessità di trasportare materiali da costruzione sulla Luna o su Marte, riducendo significativamente i costi.

Cemento spaziale, della NASA i primi test nello spazio
E’ possibile realizzare un cemento spaziale?

Il processo di formazione del calcestruzzo però è piuttosto complesso e comprende molte reazioni chimiche che tutt’oggi non sono ancora note appieno. Ed è proprio per questo che gli scienziati della NASA hanno dato il via al progetto dal nome Microgravity Investigation of Cement Solidification (MICS), con il quale la NASA si pone l’obiettivo di studiare e approfondire il processo di solidificazione del cemento al di fuori della gravità terrestre. I test sono stati svolti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS), dove i ricercatori hanno miscelato per la prima volta il silicato tricalcico (C3S) e l’acqua nella microgravità. Il C3S è il principale componente minerale della maggior parte del cemento disponibile in commercio e controlla molte delle sue reazioni e delle proprietà chimiche.

L’esperimento a bordo della ISS

I ricercatori hanno creato una serie di miscele che si differenziano per il tipo di polvere di cemento, il numero e il tipo di additivi, la quantità di acqua e il tempo concesso per l’idratazione. Più di ogni altra cosa però i ricercatori si sono soffermati sul rapporto acqua-cemento, grandezza fondamentale che dona al prodotto finale durabilità e resistenza. Questo rapporto deve essere differente, ad esempio, sulla Luna, dove la gravità è circa 1/6 di quella terrestre? Per rispondere a questa domanda gli astronauti a bordo della ISS hanno aggiunto diverse quantità d’acqua a pacchi di polvere di cemento e ne hanno studiato le reazioni di idratazione, aggiungendo poi alcool per fermare le reazione a un tempo specifico.

Questi processi sono avvenuti in condizioni di diverse forze di gravità (0,17g per la Luna e 0,38g per Marte) riprodotte grazie all’uso di una centrifuga presente a bordo della ISS. Nel vari processi di idratazione i ricercatori hanno notato che, mentre i granelli di polvere di cemento si dissolvono nell’acqua, la loro struttura molecolare cambia, formando cristalli che si incastrano tra di loro. Ad una prima valutazione quindi, i campioni processati sulla stazione spaziale hanno una microstruttura sensibilmente diversa rispetto a quelli processati sulla Terra. Questa differenza si riflette a livello macroscopico in una caratteristica importante: il cemento spaziale è più poroso di quello terrestre. L’aumentata porosità ha un impatto diretto sulla resistenza del materiale spaziale, che però deve ancora essere ufficialmente misurata.

Cemento spaziale, della NASA i primi test nello spazio
Confronto tra cemento spaziale (sopra) e cemento terrestre (sotto). PH: nasa.gov

Le conclusioni

Questi primi test hanno definito che esistono alcune differenze tra i sistemi basati sulla Terra e quelli spaziali. Il compito dei ricercatori sarà quindi ora quello di esaminare queste differenze e vedere quali sono quelle benefiche e quali quelle dannose per l’uso di questo materiale nello spazio. L’ambiente di microgravità della stazione è fondamentale per capire come il cemento può idratarsi sulla Luna e su Marte. Queste sperimentazioni possono effettuarsi solamente a bordo della ISS, perché qui è possibile simulare il livello di gravità dei corpi celesti tramite una centrifuga, cosa impossibile sulla Terra. Mostrare che il cemento può indurirsi e svilupparsi nello spazio rappresenta un passo importante verso la realizzazione della prima struttura extraterrestre, costruita usando materiali presenti sui corpi celesti. Il prossimo passo sarà quello di trovare leganti specifici per lo spazio e per livelli di gravità variabili.