Raziskovalci za geoznanost na univerzi Penn State končno ugotavljajo, kaj ekološki kmetje že od nekdaj poznajo: prebavni odpadki lahko pomagajo pri proizvodnji hrane. Toda ker kmetje na Zemlji lahko dovolijo, da mikrobi v tleh odpadke pretvorijo v gnojilo, ki ga lahko nato uporabijo za gojenje živilskih pridelkov, morajo raziskovalci države Penn ubrati drugo pot. Skušajo ugotoviti, kako naj mikrobe pustijo, da odpadke pretvorijo neposredno v hrano.
Veliko je težav z dolgotrajnimi vesoljskimi misijami ali z dolgimi misijami v druge svetove, kot je Mars. Ena najbolj zahtevnih težav je, kako zaužiti dovolj hrane. Hrana za posadko astronavtov na 6-mesečnem potovanju do Marsa in dovolj za povratno potovanje, tehta veliko. In vso to težo je treba v vesolje dvigniti z dragimi raketami.
Nositi dovolj hrane za dolgo plovbo v vesolju je problematično. Do zdaj je bila rešitev za zagotavljanje hrane osredotočena na njeno gojenje v hidroponskih komorah in rastlinjakih. Toda to zahteva tudi veliko prostora, vode in energije. In čas. To res ni rešitev.
"To je hitreje kot gojenje paradižnika ali krompirja." - Christopher House, Penn državni profesor za geoznanosti
Kar poskušajo razviti raziskovalci iz Penn Statea, ki ga vodi profesor za geoznanosti Christopher House, je metoda pretvorbe odpadkov neposredno v užitno, hranljivo snov. Njihov cilj je izrezati srednjega človeka, kakršen je bil. In v tem primeru so srednji možje same rastline, kot so paradižnik, krompir ali drugo sadje in zelenjava.
"Zamislili smo in preizkusili koncept hkratne obdelave odpadkov astronavtov z mikrobi, hkrati pa proizvajali biomaso, ki je užitna bodisi neposredno bodisi posredno, odvisno od varnostnih pomislekov," je dejal Christopher House, profesor geoznanosti v državi Penn. "To je nekoliko nenavadno, ampak koncept bi bil nekoliko podoben Marmite ali Vegemite, kjer ješ razmaz" mikroba goo. "
Skupina države Penn predlaga uporabo posebnih mikroorganizmov za pretvorbo odpadkov neposredno v užitno biomaso. In napredujejo.
V središču njihovega dela so stvari, ki jih imenujemo mikrobni reaktorji. Mikrobni reaktorji so v bistvu posode, ki so zasnovane tako, da maksimirajo površino, na katero se lahko naselijo mikrobi. Te vrste reaktorjev se uporabljajo za čiščenje odplak tukaj na Zemlji, ne pa za proizvodnjo užitne biomase.
"To je nekoliko nenavadno, ampak koncept bi bil nekoliko podoben Marmite ali Vegemite, kjer ješ razmaz" mikroba goo "." - Christopher House, državni profesor Pensosa v Geseu
Da bi preizkusili svoje zamisli, so raziskovalci zgradili cilindrično plovilo, dolgo štiri metre, premera štiri centimetre. Znotraj nje so omogočili, da so izbrani mikroorganizmi v nadzorovanih pogojih prišli v stik s človeškimi odpadki. Postopek je bil anaeroben in podoben tistemu, kar se dogaja v človekovem prebavnem traktu. Kar so našli, je bilo obetavno.
"Anaerobna prebava je nekaj, kar pogosto uporabljamo na Zemlji za obdelavo odpadkov," je dejal House. "To je učinkovit način za množično obdelavo in recikliranje. Kar je bilo novo pri našem delu, je bilo to, da smo hranilne snovi izvlekli iz tega toka in jih namerno dali v mikrobni reaktor, da bi pridelovali hrano. "
Eno, kar je ekipa odkrila, je, da postopek zlahka proizvaja metan. Metan je lahko vnetljiv, zato je vesoljski misija zelo nevaren, vendar ima druge zaželene lastnosti, če se uporablja pri proizvodnji hrane. Izkazalo se je, da lahko metan uporabimo za gojenje drugega mikroba, imenovanega Methylococcus capsulatus. Methylococcus capsulatus se uporablja kot živalska hrana. Njihov zaključek je, da bi postopek lahko proizvedel hranljivo hrano za astronavte, ki je 52 odstotkov beljakovin in 36 odstotkov maščob.
"Uporabili smo materiale iz komercialne akvarijske industrije, vendar smo jih prilagodili za proizvodnjo metana." - Christopher House, Penn državni profesor za geoznanosti
Postopek ni preprost. Vključeni anaerobni proces lahko povzroči patogene zelo nevarne za ljudi. Da bi to preprečili, je skupina preučila načine gojenja mikrobov bodisi v alkalnem, bodisi v visoko vročinskem okolju. Po dvigu pH sistema na 11 so našli sev bakterije Halomonas desiderata, ki je uspevala. Halomonas desiderata je 15 odstotkov beljakovin in 7 odstotkov maščob. Prav tako so sistem potegnili do 158 stopinj Fahrenheita, ki ubijajo patogene, in ugotovili, da je užiten Thermus aquaticus zrasel, kar predstavlja 61 odstotkov beljakovin in 16 odstotkov maščob.
Njihov sistem temelji na sodobnih akvarijskih sistemih, kjer mikrobi živijo na površini filtrirne folije. Mikrobi odvzamejo trdne odpadke iz toka in jih pretvorijo v maščobne kisline. Nato se te maščobne kisline drugi mikrobi pretvorijo v metan na isti površini.
Hitrost je dejavnik v tem sistemu. Obstoječe ravnanje z odpadki običajno traja več dni. Ekipa je v 13 urah odstranila 49 do 59 odstotkov trdnih snovi.
Ta sistem kmalu ne bo v vesolje. Kot dokaz izvedljivosti so bili testi na posameznih sestavnih delih. Še vedno je treba zgraditi celoten sistem, ki je deloval skupaj. "Vsaka komponenta je precej robustna in hitra in hitro razgradi odpadke," je dejal House. "Zato je to morda potencial za prihodnje vesoljske polete. Hitreje je kot gojenje paradižnika ali krompirja. "
Članek ekipe je bil objavljen tukaj, v reviji Life Sciences In Space Research.
