8 Minute
Agențiile spațiale se confruntă cu o problemă persistentă pentru misiunile de durată lungă: alimentele. Transportul de mese preambalate de pe Pământ funcționează pentru orbita joasă, dar pentru călătorii către Lună, Marte sau în afara sistemului solar devine tehnic nepractic și extrem de costisitor. Agenția Spațială Europeană (ESA) testează o soluție neobișnuită — cultivarea unei pulberi proteice în spațiu folosind doar aerul din cabină, energia electrică și deșeurile echipajului. Această abordare propune integrarea biotehnologiei de fermentare cu gaz într-un sistem de susținere a vieții, cu potențial de a reduce masa resurselor trimise de pe Pământ și de a crește autonomia misiunilor interplanetare. Pe lângă avantajele logistice, tehnologia poate oferi alternative durabile de producție a proteinelor, relevante și pentru medii terestre cu resurse limitate, cum ar fi ferme urbane sau zone cu penurie de teren agricol.
From carbon dioxide to protein: the Solein concept
Programul explorator Terrae Novae al ESA finanțează un proiect numit HOBI-WAN (Hydrogen-oxidizing Bacteria in Weightlessness as Nutrition). Scopul este producerea unei pulberi proteice durabile numită Solein, dezvoltată de compania finlandeză de tehnologie alimentară Solar Foods. Pe Pământ, Solein se obține printr-un proces de fermentare cu gaz: microorganisme specializate consumă dioxidul de carbon (CO2) din aer, împreună cu hidrogen și energie electrică, și transformă aceste intrări într-o biomasă bogată în proteine care este apoi uscată până la forma de pulbere. Conceptul valorifică bacteriile oxido-hidrogeno, care folosesc hidrogenul ca sursă de electroni și CO2 ca sursă de carbon, sintetizând aminoacizi și biomasă proteică. Tehnologia de fermentare cu gaz este parte din categoria biotehnologiilor „single-cell protein” (SCP) și oferă avantaje precum utilizarea redusă a terenului și a apei în comparație cu creșterea animală tradițională sau cultivarea plantelor pentru proteine. În context spațial, reutilizarea CO2 din atmosfera cabinei, generarea de hidrogen pe loc (de exemplu prin electroliza apei) și transformarea electricității disponibile în hrană comestibilă constituie o strategie flexibilă pentru producția de proteine în regim de economie circulară.
Why astronaut urine matters — replacing ammonia with urea
Pe Pământ, procesul de fermentare folosește, în mod obișnuit, amoniacul ca sursă de azot necesar sintezei proteinelor. În spațiu, logistica amoniacului este complicată: substanța este volativă, toxică la manipulare și implică cerințe de stocare și securitate suplimentare. HOBI-WAN adaptează acest pas prin înlocuirea amoniacului cu ureea — un compus organic cu azot, abundent în urina umană. În condiții de microgravitație, reciclarea ureei din deșeurile echipajului în bucla de fermentare ar oferi microbilor azotul necesar pentru a sintetiza aminoacizi și a crește biomasa proteică. Practic: aer (CO2), energie electrică, hidrogen și uree reciclată ar putea deveni materia primă pentru producția de alimente în afara Pământului. Acest model implică tehnologii complementare, cum ar fi tratarea și purificarea ureei (dezaminarea parțială, conversia enzimatică sau procese microbiene prealabile), sisteme de control pentru concentrațiile de azot și monitorizarea contaminanților. Avantajul cheie este reducerea masei de lansare legate de rezervele de nutrienți: în loc să trimiți azot sub formă de compuși industriali, folosești resurse deja prezente în habitaclu — un exemplu de utilizare in-situ a resurselor interne (in-cabin resource utilization). În plus, reutilizarea ureei integrată într-un sistem închis poate contribui la economia de apă, deoarece procesele de recuperare și reciclare a apei ar fi corelate cu circuitul de colectare a deșeurilor lichide.
Mission plan: developing the system and testing on the ISS
Solar Foods și OHB System AG, contractorul principal al proiectului, vor petrece următoarele opt luni dezvoltând hardware-ul și procesele pe sol astfel încât acestea să fie compatibile cu zborul spațial. Etapa inițială include proiectarea unui bioreactor compact, strategii de control al procesului (pH, temperatură, oxigenare), protocoale de sterilizare și proceduri pentru introducerea sigură a ureei prelucrate în sistemul de fermentare. Dacă testele de pe sol vor fi satisfăcătoare, obiectivul este lansarea unui prototip către Stația Spațială Internațională (ISS) pentru o demonstrație orbitală. Acest test va evalua comportamentul microbilor în microgravitație, fiabilitatea fermentării alimentate cu uree și calitatea și siguranța pulberii Solein rezultate. Demonstratorul de la bordul ISS va necesita instrumentare pentru monitorizare în timp real, mostre pentru analize biochimice și microbiologice și proceduri de gestionare a riscurilor biologice. Evaluările vor include determinarea profilului de aminoacizi, conținutul de micronutrienți, prezența compușilor nedoriți și stabilitatea produsului în timp. În funcție de rezultate, următoarele faze pot include optimizarea randamentului, creșterea productivității bioreactorului, analize toxicologice și teste de acceptabilitate senzorială în condiții simulate. Pentru validarea completă înainte de utilizare umană la bord sunt necesare autorizări, protocoale de siguranță alimentară și studii nutriționale privind biodisponibilitatea proteinelor Solein în dieta echipajului.
Why it matters for future exploration
Imaginează-ți un sistem care transformă aerul din cabină și deșeurile echipajului în proteine stabile la raft. Un astfel de sistem reduce masa livrărilor, scade costurile misiunilor și crește reziliența pentru expediții lungi, unde lanțurile de aprovizionare sunt limitate sau inexistente. Pentru misiunile pe Marte sau la o bază lunară permanentă, producția locală de alimente ar diminua dependența de trimiterile frecvente și ar permite echipajelor să se susțină mai mult timp autonom. Pe lângă explorarea spațială, această tehnologie poate inspira aplicații terestre în producția durabilă de proteine în regiuni cu resurse de teren și apă limitate, în proiecte de agricultură urbană verticală sau în situații de urgență umanitară unde infrastructura agricolă este compromisă. Implementarea la scară terestră a proceselor de fermentare cu gaz poate contribui la diversificarea surselor de proteine, reducerea emisiilor asociate proteinelor animale și oferirea unei alternative eficiente din punct de vedere al utilizării apei. Din perspectiva securității alimentare, tehnologiile care transformă CO2 și deșeuri organice în surse nutritive deschid căi pentru un model circular și regenerativ de producție alimentară, aliniat la obiectivele de dezvoltare durabilă.
Scientific and technical context
Fermentarea cu gaz utilizând bacterii oxido-hidrogeno este o biotehnologie bine stabilită pe Pământ, dar adaptarea ei la spațiu implică multiple provocări: gestionarea resurselor într-un circuit închis, sterilizarea tehnică și biologică, controlul procesului în microgravitație și validarea conținutului nutrițional pentru consum uman. În spațiu, condițiile de microgravitație afectează hidrodinamica bioreactorului, distribuția nutrienților și formarea bulelor de gaz, ceea ce impune proiectarea unor sisteme de transfer de masă și gestionare a gazelor diferite față de cele terestre. Materialele de construcție trebuie să fie compatibile cu reglementările spațiale, să minimizeze riscul de contaminare și să permită curățarea și întreținerea la bord. Controlul proceselor biologice necesită senzori miniaturizați, algoritmi de optimizare automată și redundanță pentru a proteja sistemul împotriva deviațiilor. Validarea nutrițională include studiile asupra profilelor aminoacizi, digestibilității, prezenței factorilor antinutriționali și potențialelor alergeni. HOBI-WAN reprezintă un pas timpuriu către sisteme de susținere a vieții în circuit închis, unde utilizarea resurselor in-situ se extinde dincolo de aer și apă, către producția efectivă de alimente. Progresele în bioinginerie — de exemplu, optimizarea tulpinilor microbiene pentru randament și compoziție proteică, sau dezvoltarea de filtre și procese de purificare a ureei — sunt componente esențiale în maturizarea acestei tehnologii. De asemenea, integrarea cu alte tehnologii ISRU (in-situ resource utilization) și cu infrastructura habitatelor spațiale va fi crucială pentru scalare. În ansamblu, proiectul combină elemente din biotehnologie, inginerie aerospațială, știință alimentară și managementul sistemelor pentru a crea o soluție viabilă pentru alimentația viitoarelor misiuni spațiale.
Sursa: smarti
Lasă un Comentariu