Astronauten zouden voedsel kunnen eten gemaakt van kak in de toekomst, zegt de studie

Zelfs wanneer mensen over de aarde reizen en naar Mars en verder reizen, zullen de ongemakkelijke realiteiten van de menselijke biologie met ons meegaan. Toekomstige pioniers zullen nog steeds hetzelfde squishy, ​​onvolmaakte vaartuig besturen dat mensen duizenden jaren hebben bestuurd: het menselijk lichaam. En tenzij we een manier bedenken om onze hersenen en harten met batterijen te laten werken, zullen mensen altijd moeten eten en drinken en poepen en plassen.

Gelukkig zijn onderzoekers hard aan het werk geweest om erachter te komen hoe ze tegemoet kunnen komen aan de vervelende biologische eisen van mensen, terwijl de ruimtevaart zo efficiënt mogelijk wordt gehouden. Met dit doel hebben astrobiologen aan de Penn State University een methode ontwikkeld om menselijk afval met bacteriën te behandelen en een eetbaar product te produceren.

"Het is een beetje vreemd, maar het concept lijkt een beetje op Marmite of Vegemite, waar je een uitstrijkje van 'microbiële goo' eet," zei Christopher House, Ph.D., professor in de geowetenschappen en co-auteur van de artikel, in een verklaring. Hij en zijn co-auteurs publiceerden hun bevindingen in het novembernummer van het tijdschrift Life Sciences in Space Research.

Een van de grootste uitdagingen tijdens ruimtemissies, met name langere reizen naar Mars en verder, zal ervoor zorgen dat astronauten van voldoende voedsel worden voorzien zonder het hele vat met dozen met voedsel en kannen water te proppen. Zelfs systemen om groenten te laten groeien, nemen veel ruimte, energie en water in beslag. En zodra de astronauten hebben gegeten en hun voorraden hebben gedronken, moeten ze hun afval opslaan.

Daarom bedacht House, samen met Lisa Steinberg, Ph.D., en Rachel Kronyak van het Penn State Astrobiology Research Center, een systeem dat beide problemen in één keer oplost door twee stadia van bacteriële afvalbehandeling te gebruiken om een voedingsstof-goo met veel eiwitten en vet. De onderzoekers zeggen dat deze substantie ofwel direct door astronauten kan worden gegeten of kan worden gegeten aan een ander organisme, zoals vis, dat ze dan zouden eten.

"We voorzagen en testten het concept van het gelijktijdig behandelen van afval van astronauten met microben, terwijl we een biomassa produceren die direct of indirect eetbaar is, afhankelijk van de veiligheid", zei House.

Om deze microbiële goo te verkrijgen, voerden de onderzoekers eerst een kunstmatig afvalwatermengsel uit dat vaak wordt gebruikt in waterzuiveringsexperimenten via een anaerobe vergistingsinrichting. Dit apparaat bevat bacteriën die het afval afbreken zonder zuurstof, net zoals een mens voedsel verteert.

"Anaerobe vertering is iets dat we vaak op aarde gebruiken voor de behandeling van afval", legde House uit. "Het is een efficiënte manier om massaal te worden behandeld en gerecycled. Wat nieuw was aan ons werk, was de voedingsstoffen uit die stroom halen en met opzet in een microbiële reactor stoppen om voedsel te verbouwen."

De onderzoekers ontdekten dat het methaan dat vrijkomt tijdens anaerobe vergisting kan worden gebruikt om te groeien Methylococcus capsulatus, een bacterie die zich voedt met methaan en gewenste concentraties van vet en eiwit heeft, respectievelijk 36 procent en 52 procent. Door de pH van het mengsel erg hoog te houden, zeggen ze dat pathogene bacteriën, zoals E coli, zou niet kunnen overleven.

Hoewel de onderzoekers niet echt menselijke kak en plas in het apparaat hebben gestopt om de voedingsgruis te produceren, zeggen ze dat dit experiment hun concept bewijst. Bovendien zijn alle stukken al in de handel verkrijgbaar.

"Elke component is vrij robuust en snel en breekt snel afval af," zei House in de verklaring. "Dat is de reden waarom dit potentieel heeft voor toekomstige ruimtevluchten. Het is sneller dan het telen van tomaten of aardappelen."

Abstract: Toekomstige bemande ruimtemissies op lange termijn zullen een effectieve recycling van water en voedingsstoffen vereisen als onderdeel van een levensondersteunend systeem. Biologische afvalbehandeling is minder energie-intensief dan fysisch-chemische behandelingsmethoden, maar anaerobe methanogene afvalbehandeling is grotendeels vermeden vanwege de trage behandelingspercentages en veiligheidsproblemen met betrekking tot de productie van methaan. Er wordt echter methaan gegenereerd tijdens de regeneratie van de atmosfeer op het ISS. Hier stellen we afvalverwerking voor via anaerobe vergisting gevolgd door methanotrofe groei van Methylococcus capsulatus om een ​​eiwit- en lipide-rijke biomassa te produceren die direct kan worden geconsumeerd, of kan worden gebruikt om andere eiwitrijke voedselbronnen zoals vis te produceren. Om een ​​snellere behandeling van methanogeen afval te bereiken, hebben we een anaerobe reactor met een vaste film en doorstroming gebouwd en getest om een ​​afvalwater van ersatz te behandelen. Tijdens stationair bedrijf bereikte de reactor een verwijderingssnelheid van chemisch zuurstofverbruik (CZV) van 97% met een organische laadsnelheid van 1740 g d ^ -1 m ^ -3 en een hydraulische retentietijd van 12,25 d. De reactor werd ook driemaal getest door voeding aan te brengen. 500 g CZV in minder dan 12 uur, wat overeenkomt met 50x de dagelijkse voedingssnelheid, met CZV-verwijderingspercentages variërend van 56-70%, wat aantoont dat de reactor in staat is te reageren op overlevingsgebeurtenissen. Tijdens het onderzoek van de opslag van behandelde reactoreffluent bij een pH van 12, isoleerden we een stam van Halomonas desiderata in staat tot acetaatafbraak onder hoge pH-omstandigheden. Vervolgens testten we de voedingswaarde van de alkalifiel Halomonas desiderata stam, evenals de thermofiele Thermus aquaticus, als supplementaire eiwit- en lipidenbronnen die groeien in omstandigheden die pathogenen zouden moeten uitsluiten. De M. capsulatus biomassa bestond uit 52% eiwit en 36% lipiden, de H. desiderata biomassa bestond uit 15% eiwit en 7% lipiden, en de * Thermus aquaticus biomassa bestond uit 61% eiwit en 16% lipiden. Dit werk demonstreert de haalbaarheid van een snelle afvalbehandeling in een compact ontwerp van de reactor en stelt recycling van voedingsstoffen terug in voedingsmiddelen via heterotrofe (inclusief methanotrofe, acetotrofe en thermofiele) microbiële groei.