NASA와 SpaceX는 모두 향후 수십 년 동안 화성에 대한 인간의 임무를 고려하고 있다. 그러나 왕복 여행이 될 수 있을 만큼 충분한 연료를 휴대하면 무게가 많이 늘어나 비용이 크게 증가하고 지구에 착륙하는 것이 훨씬 더 위험해진다.   

그 결과 NASA는 현지에서 조달한 재료를 사용하여 화성에서 필요한 연료의 일부 또는 전부를 생산할 수 있는 다양한 전략을 조사해 왔다. 행성은 매우 황량할 수 있지만 대기는 95%가 이산화탄소이며 특정 지역에는 얼음이 풍부하다.

그것은 탄화수소 로켓 연료를 만드는 데 필요한 모든 성분과 연소를 지원하는 데 필요한 액체 산소를 제공할 수 있다. NASA의 계획 중 가장 야심찬 계획은 전기분해를 사용하여 물에서 수소와 산소를 생성한 다음 Sabatier 반응을 사용하여 수소와 화성의 CO2를 결합하여 연료로 사용할 메탄을 생성하는 것이다.

그러나 대규모로 이를 수행하는 기술은 아직 미성숙하므로 지구에서 메탄을 운송하고 SOCE(고체 산화물 이산화탄소 전기분해)를 사용하여 제자리에서 산소를 생성하는 옵션이 더 가능성이 높다. 그러나 화성으로 운송하려면 7.5톤의 연료와 1톤의 SOCE 장비가 필요하다.

조지아 공과대학(Georgia Institute of Technology)의 연구원들은 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)의 한 논문에서 유전공학 미생물을 사용하여 화성 왕복 여행에 필요한 모든 연료와 산소를 생산하는 새로운 전략을 설명했다.

제1저자인 닉 크루이어(Nick Kruyer)는 보도 자료에서 “이산화탄소는 화성에서 이용할 수 있는 유일한 자원 중 하나이다. "생물학이 특히 CO2를 유용한 제품으로 전환하는 데 탁월하다는 사실을 알고 있으면 로켓 연료를 만드는 데 적합하다."

연구원들의 제안에는 광합성 남세균을 성장시키는 데 사용될 축구장 4개 가치의 광생물반응기(본질적으로 액체로 채워진 투명 튜브)를 만드는 것이 포함된다.

이러한 미생물이 스스로 연료를 생산하도록 하는 것은 가능하지만 상당히 비효율적이다. 따라서 대신 효소가 단당으로 분해한 다음 2,3-부탄디올이라는 화학 물질을 생성하는 유전자 변형 대장균 박테리아에 공급되는 다른 반응기로 공급될 것이다.

지구에서 이 화학물질은 주로 고무를 만드는 데 사용되며 연료로 사용하기에는 너무 비효율적으로 연소된다. 그러나 화성의 낮은 중력 덕분에 화성은 로켓 엔진에 동력을 공급할 수 있을 뿐만 아니라 메탄보다 산소를 덜 사용한다.

연구를 주도한 Pamela Peralta-Yahya는 "화성에서 이륙하는 데 훨씬 적은 에너지가 필요하기 때문에 지구에서 로켓 발사용으로 설계되지 않은 다양한 화학 물질을 고려할 수 있는 유연성을 제공했다."라고 말했다.

이 과정은 또한 생명 유지에 사용될 수 있는 44톤의 과잉 산소를 생성한다. 한 가지 문제는 시스템이 오늘날의 최첨단 기술로 구축된 경우 가장 가능성이 높은 NASA 전략에 비해 화성에 전달하는 데 2.8배 많은 자재가 필요하다는 것이다.

그러나 일단 그곳에 가면 전력을 32% 덜 사용하고 재보급 임무는 매번 6.5톤의 메탄이 아닌 3.7톤의 영양소와 화학 물질만 운반하면 된다. 그리고 모델링 연구에 따르면 관련된 생물학적 프로세스를 최적화하고 더 가벼운 재료를 설계함으로써 미래 시스템은 실제로 NASA 솔루션보다 무게가 13% 적고 전력을 59% 더 적게 사용할 수 있다.

현재 가장 큰 장벽은 현재의 NASA 규정이 깨끗한 환경을 오염시킬 우려로 인해 화성에 미생물을 보내는 것을 금지한다는 사실일 수 있다. 연구원들은 제안이 진지하게 고려되기 전에 완벽한 생물학적 봉쇄 전략을 개발해야 한다는 점을 인정한다.

하지만 향후 화성 왕복을 본격화하려면 현지 자원을 활용한 접근이 불가피할 것으로 보인다. 미생물이 이미 공기와 물을 유용한 화학 물질로 바꾸는 효율적인 방법을 개발했다는점을 감안할 때, 미생물을 타고 이동하는 것은 쉬운 일인 것 같다.

 이미지 출처: NASA