Geovidenskabelige forskere ved Penn State University finder endelig ud af, hvad organiske landmænd altid har kendt: fordøjelsesaffald kan hjælpe med at fremstille mad. Men hvor landmænd her på Jorden kan lade mikrober i jorden forvandle affald til gødning, som derefter kan bruges til at dyrke fødevareafgrøder, er Penn State-forskerne nødt til at tage en anden rute. De prøver at finde ud af, hvordan man kan lade mikrober forvandle affald direkte til mad.
Der er mange vanskeligheder med langvarige rummissioner eller med lange missioner til andre verdener som Mars. En af de mest udfordrende vanskeligheder er, hvordan man tager nok mad. Mad til en besætning af astronauter på en 6-måneders rejse til Mars og nok til en returrejse vejer meget. Og al den vægt skal løftes ud i rummet af dyre raketter.
Det er problematisk at transportere nok mad til en lang rejse i rummet. Indtil nu har løsningen til levering af denne mad været fokuseret på at dyrke den i hydroponiske kamre og drivhuse. Men det tager også masser af plads, vand og energi. Og tid. Det er ikke rigtig en løsning.
"Det er hurtigere end at dyrke tomater eller kartofler." - Christopher House, Penn State professor i geovidenskab
Hvad forskerne ved Penn State, ledet af professor i geovidenskab Christopher House, forsøger at udvikle, er en metode til at omdanne affald direkte til et spiseligt, næringsrigt stof. Deres mål er som muligt at skære den midterste mand ud. Og i dette tilfælde er de midterste mænd planter selv, som tomater, kartofler eller andre frugter og grøntsager.
”Vi så for os og testede konceptet om samtidig behandling af astronauters affald med mikrober, mens vi producerer en biomasse, der er spiselig enten direkte eller indirekte afhængig af sikkerhedsmæssige bekymringer,” sagde Christopher House, professor i geovidenskab, Penn State. ”Det er lidt mærkeligt, men konceptet ville være lidt som Marmite eller Vegemite, hvor du spiser en smør af 'mikrobiel goo.'”
Penn State-teamet foreslår at bruge specifikke mikroorganismer til at omdanne affald direkte til spiselig biomasse. Og de gør fremskridt.
I hjertet af deres arbejde er der kaldet mikrobielle reaktorer. Mikrobielle reaktorer er dybest set kar designet til at maksimere overfladearealet for mikrober at udfylde. Disse typer reaktorer bruges til at behandle spildevand her på Jorden, men ikke til at producere en spiselig biomasse.
”Det er lidt mærkeligt, men konceptet ville være lidt som Marmite eller Vegemite, hvor du spiser en smør af 'mikrobiel goo.'” - Christopher House, Penn State professor i geovidenskab
For at teste deres ideer konstruerede forskerne et cylindrisk kar fire meter lang med fire inches i diameter. Inde i det lod de udvalgte mikroorganismer komme i kontakt med humant affald under kontrollerede forhold. Processen var anaerob og svarede til hvad der sker inde i den menneskelige fordøjelseskanal. Hvad de fandt var lovende.
"Anaerob fordøjelse er noget, vi ofte bruger på Jorden til behandling af affald," sagde House. ”Det er en effektiv måde at få massebehandlet og genanvendt på. Det, der var nyt ved vores arbejde, var at fjerne næringsstoffer ud af denne strøm og forsætligt sætte dem i en mikrobiel reaktor for at dyrke mad. ”
En ting, holdet opdagede, er, at processen let producerer metan. Metan er meget brandfarlig, så meget farlig på et rumopdrag, men det har andre ønskelige egenskaber, når det bruges i fødevareproduktion. Det viser sig, at metan kan bruges til at dyrke en anden mikrobe, kaldet Methylococcus capsulatus. Methylococcus capsulatus bruges som dyrefoder. Deres konklusion er, at processen kunne producere en nærende mad til astronauter, der er 52 procent protein og 36 procent fedt.
”Vi brugte materialer fra den kommercielle akvariumsindustri, men tilpassede dem til metanproduktion.” - Christopher House, Penn State professor i geovidenskab
Processen er ikke enkel. Den involverede anaerobe proces kan producere patogener, der er meget farlige for mennesker. For at forhindre det studerede teamet måder at dyrke mikrober i enten et alkalisk miljø eller et højvarmede miljø. Efter at have hævet systemets pH til 11, fandt de en stamme af bakterierne Halomonas desiderata, der trivedes. Halomonas desiderata er 15 procent protein og 7 procent fedt. De pressede også systemet op til et patogen-dræbende 158 grader Fahrenheit og fandt, at den spiselige Thermus aquaticus voksede, hvilket er 61 procent protein og 16 procent fedt.
Deres system er baseret på moderne akvariumssystemer, hvor mikrober lever på overfladen af en filterfilm. Mikroberne tager fast affald fra strømmen og omdanner det til fedtsyrer. Derefter omdannes disse fedtsyrer til methan af andre mikrober på den samme overflade.
Hastighed er en faktor i dette system. Den eksisterende behandling af affald tager typisk flere dage. Holdets system fjernede 49 til 59 procent af de faste stoffer på 13 timer.
Dette system vil ikke være i rummet snart. Testene blev udført på individuelle komponenter som bevis på gennemførlighed. Et komplet system, der fungerede sammen, skal stadig bygges. ”Hver komponent er ret robust og hurtig og nedbryder hurtigt affald,” sagde House. ”Derfor kan dette have potentiale for fremtidig rumflugt. Det er hurtigere end at dyrke tomater eller kartofler. ”
Holdets artikel blev offentliggjort her i tidsskriftet Life Sciences In Space Research.
