Astronauten könnten in Zukunft Lebensmittel aus Kacken essen, so die Studie

Selbst wenn Menschen über die Erde reisen und sich zum Mars und darüber hinaus wagen, werden die unbequemen Realitäten der menschlichen Biologie mit uns mitkommen. Zukünftige Pioniere werden immer noch mit dem gleichen, matschigen und unvollkommenen Schiff steuern, das Menschen seit Tausenden von Jahren steuern: dem menschlichen Körper. Und wenn wir nicht einen Weg finden, unser Gehirn und unsere Herzen mit Batterien zu betreiben, müssen Menschen immer essen, trinken, kacken und pinkeln.

Glücklicherweise haben die Forscher hart gearbeitet, um herauszufinden, wie sie die lästigen biologischen Anforderungen des Menschen berücksichtigen und gleichzeitig die Raumfahrt so effizient wie möglich halten können. Zu diesem Zweck haben Astrobiologen der Penn State University eine Methode entwickelt, um menschliche Abfälle mit Bakterien zu behandeln, um ein essbares Produkt herzustellen.

"Es ist ein bisschen seltsam, aber das Konzept wäre ein bisschen wie Marmite oder Vegemite, bei dem Sie einen Abstrich von" mikrobiellem Goo "essen", sagte Christopher House, Ph.D., Professor für Geowissenschaften und Co-Autor der Artikel in einer Erklärung. Er und seine Mitautoren veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Novemberausgabe 2017 der Zeitschrift Lebenswissenschaften in der Weltraumforschung.

Eine der größten Herausforderungen bei Weltraummissionen, insbesondere bei längeren Reisen zum Mars und darüber hinaus, besteht darin, die Astronauten mit ausreichender Nahrung zu versorgen, ohne das gesamte Schiff mit Kisten mit Nahrungsmitteln und Wasserkrügen zu stopfen. Selbst Systeme zum Anbau von Gemüse benötigen viel Platz, Energie und Wasser. Sobald die Astronauten ihre Vorräte gegessen und getrunken haben, müssen sie ihre Abfälle lagern.

Aus diesem Grund haben House zusammen mit Lisa Steinberg, Ph.D., und Rachel Kronyak vom Penn State Astrobiology Research Center ein System entwickelt, das beide Probleme auf einmal löst, indem es zwei Stufen der bakteriellen Abfallbehandlung einsetzt, um eine Zellkultur zu erzeugen Nährstoff Goo, der reich an Eiweiß und Fett ist. Die Forscher sagen, dass diese Substanz entweder direkt von Astronauten verzehrt oder an einen anderen Organismus verfüttert werden könnte, beispielsweise an Fische, die sie dann essen würden.

"Wir haben uns das Konzept der gleichzeitigen Behandlung von Astronautenabfällen mit Mikroben vorgestellt und getestet, während gleichzeitig eine Biomasse erzeugt wird, die entweder direkt oder indirekt abhängig von Sicherheitsbedenken essbar ist", sagte House.

Um diese mikrobielle Wirkung zu erzielen, haben die Forscher zunächst eine künstliche Abwassermischung, die üblicherweise in Wasseraufbereitungsversuchen verwendet wird, mit einem anaeroben Verdauungsgerät durchlaufen lassen. Dieses Gerät enthält Bakterien, die den Abfall ohne Sauerstoff abbauen, ähnlich wie ein Mensch Nahrung verdaut.

"Anaerobe Verdauung ist etwas, das wir auf der Erde häufig zur Abfallbehandlung verwenden", erklärte House. „Es ist ein effizienter Weg, um Massenbehandlung und Recycling zu erhalten. Das Neue an unserer Arbeit war, die Nährstoffe aus diesem Strom zu entfernen und sie absichtlich in einen mikrobiellen Reaktor zu bringen, um dort Nahrung anzubauen. “

Die Forscher fanden heraus, dass das während der anaeroben Vergärung gebildete Methan zum Wachsen verwendet werden kann Methylococcus capsulatus ein Bakterium, das sich von Methan ernährt und erwünschte Konzentrationen von Fett und Eiweiß von 36 bzw. 52 Prozent aufweist. Indem sie den pH-Wert der Mischung sehr hoch halten, sagen sie, dass pathogene Bakterien, wie z E coli wäre nicht in der Lage zu überleben.

Während die Forscher nicht wirklich menschliche Kacke und Pisse in das Gerät zur Herstellung der Nährstoff-Keimzelle gesteckt haben, sagen sie, dieses Experiment beweise ihr Konzept. Alle Stücke sind bereits im Handel erhältlich.

"Jede Komponente ist sehr robust und schnell und reduziert den Abfall schnell", sagte House in der Stellungnahme. „Deshalb könnte dies Potenzial für die zukünftige Raumfahrt haben. Es ist schneller als der Anbau von Tomaten oder Kartoffeln."

Abstrakt: Zukünftige bemannte Weltraummissionen werden als Teil eines lebenserhaltenden Systems ein wirksames Recycling von Wasser und Nährstoffen erfordern. Die Behandlung biologischer Abfälle ist weniger energieintensiv als die physikalisch-chemischen Behandlungsmethoden, jedoch wurde die anaerobe methanogene Abfallbehandlung aufgrund langsamer Behandlungsraten und Sicherheitsbedenken hinsichtlich der Methanproduktion weitgehend vermieden. Während der Regenerierung der Atmosphäre auf der ISS wird jedoch Methan erzeugt. Hier schlagen wir die Abfallbehandlung durch anaerobe Vergärung vor, gefolgt von einem methanotrophen Wachstum von Methylococcus capsulatus zur Herstellung einer protein- und lipidreichen Biomasse, die direkt konsumiert werden kann oder zur Herstellung anderer proteinreicher Nahrungsquellen wie Fisch verwendet wird. Um eine schnellere methanogene Abfallbehandlung zu erreichen, bauten und testeten wir einen anaeroben Reaktor mit festem Film für die Behandlung eines Ersatzabwassers. Im stationären Betrieb erreichte der Reaktor eine Abtragungsrate von 97% chemischem Sauerstoffbedarf (COD) mit einer organischen Beladungsrate von 1740 g d ^ -1 m ^ -3 und einer hydraulischen Verweilzeit von 12,25 d. Der Reaktor wurde auch dreimal durch Zufuhr von ca. 500 g CSB in weniger als 12 Stunden, was 50x der täglichen Zufuhrrate entspricht, wobei die CSB-Entfernungsraten zwischen 56 und 70% liegen, was die Fähigkeit des Reaktors zeigt, auf Überfütterungsereignisse zu reagieren. Bei der Untersuchung der Lagerung des behandelten Reaktoraustrags bei einem pH-Wert von 12 isolierten wir einen Stamm von Halomonas desiderata fähig zum Acetatabbau unter hohen pH-Bedingungen. Wir haben dann den Nährstoffgehalt der Alkaliphilie getestet Halomonas desiderata Dehnung sowie das Thermophile Thermus aquaticus, als ergänzende Protein- und Lipidquellen, die unter Bedingungen wachsen, die Krankheitserreger ausschließen sollten. Das M. capsulatus Biomasse bestand zu 52% aus Eiweiß und zu 36% aus Lipiden H. desiderata Biomasse bestand aus 15% Protein und 7% Lipiden, und die * Thermus aquaticus-Biomasse bestand aus 61% Protein und 16% Lipiden. Diese Arbeit demonstriert die Durchführbarkeit einer schnellen Abfallbehandlung in einem kompakten Reaktordesign und schlägt die Rückführung von Nährstoffen in die Lebensmittel mittels heterotrophen (einschließlich methanotrophen, acetotrophen und thermophilen) mikrobiellen Wachstums vor.