Gli astronauti potrebbero mangiare cibo fatto dalla cacca nel futuro, dice lo studio

Anche quando gli umani viaggiano oltre la Terra e si avventurano su Marte e oltre, le realtà scomode della biologia umana verranno con noi. I futuri pionieri continueranno a pilotare la stessa nave squishy e imperfetta che gli umani hanno pilotato per migliaia di anni: il corpo umano. E a meno che non scopriamo un modo per far funzionare il cervello e il cuore con le batterie, gli umani dovranno sempre mangiare e bere, fare cacca e pipì.

Fortunatamente, i ricercatori hanno lavorato sodo cercando di capire come soddisfare i fastidiosi requisiti biologici degli umani, mantenendo nel contempo il volo spaziale il più efficiente possibile. A tal fine, gli astrobiologi della Penn State University hanno sviluppato un metodo per trattare i rifiuti umani con batteri per produrre un prodotto commestibile.

"È un po 'strano, ma il concetto sarebbe un po' come Marmite o Vegemite dove stai mangiando una macchia di 'microbica goo'", ha detto Christopher House, Ph.D., professore di geoscienze e coautore sul articolo, in una dichiarazione. Lui e i suoi coautori hanno pubblicato le loro scoperte nel numero di novembre del giornale Scienze della vita nella ricerca spaziale.

Una delle maggiori sfide durante le missioni spaziali, specialmente i viaggi più lunghi su Marte e oltre, manterrà nutrimento sufficiente per gli astronauti senza riempire l'intera nave con scatole di cibo e brocche d'acqua. Persino i sistemi per coltivare verdure occupano molto spazio, energia e acqua. E una volta che gli astronauti hanno mangiato e bevuto le loro scorte, avranno bisogno di conservare i loro rifiuti.

Questo è il motivo per cui House, insieme a Lisa Steinberg, Ph.D. e Rachel Kronyak al Penn State Astrobiology Research Center, ha elaborato un sistema che risolve entrambi questi problemi in una sola volta utilizzando due fasi di trattamento dei rifiuti batterici per produrre un goo nutriente che è ricco di proteine ​​e grassi. I ricercatori dicono che questa sostanza potrebbe essere o mangiata direttamente dagli astronauti o alimentata a un altro organismo, come i pesci, che poi mangerebbero.

"Abbiamo immaginato e testato il concetto di trattare simultaneamente i rifiuti degli astronauti con i microbi producendo al tempo stesso una biomassa commestibile, direttamente o indirettamente, a seconda dei problemi di sicurezza", ha affermato House.

Per ottenere questo goo microbico, i ricercatori hanno prima eseguito una miscela di acque reflue artificiali che viene comunemente utilizzata negli esperimenti di trattamento delle acque attraverso un dispositivo di digestione anaerobica. Questo pezzo di equipaggiamento contiene batteri che distruggono i rifiuti senza la presenza di ossigeno, proprio come un cibo umano digerisce.

"La digestione anaerobica è qualcosa che usiamo spesso sulla Terra per il trattamento dei rifiuti", ha spiegato House. "È un modo efficace per ottenere massa trattata e riciclata. La novità del nostro lavoro consisteva nel togliere i nutrienti da quella corrente e intenzionalmente immetterli in un reattore microbico per far crescere il cibo ".

I ricercatori hanno scoperto che il metano prodotto durante la digestione anaerobica potrebbe essere usato per crescere Metilococco capsulatus, un batterio che si nutre di metano e ha concentrazioni desiderabili di grassi e proteine, 36% e 52%, rispettivamente. Mantenendo il pH della miscela molto alto, dicono che i batteri patogeni, come E. coli, non sarebbe in grado di sopravvivere.

Mentre i ricercatori non hanno effettivamente messo cacca umana e pipì nel dispositivo per produrre la sostanza nutritiva, dicono che questo esperimento dimostra il loro concetto. Inoltre, tutti i pezzi sono già disponibili in commercio.

"Ogni componente è abbastanza robusto e veloce e abbatte rapidamente i rifiuti", ha affermato House nella dichiarazione. "Ecco perché questo potrebbe avere un potenziale per il futuro volo spaziale. È più veloce della coltivazione di pomodori o patate."

Astratto: Le future missioni spaziali a lungo termine con equipaggio richiederanno un efficace riciclaggio di acqua e nutrienti come parte di un sistema di supporto vitale. Il trattamento dei rifiuti biologici è meno energivoro dei metodi di trattamento fisico-chimico, tuttavia il trattamento anaerobico dei rifiuti metanogenici è stato largamente evitato a causa dei lenti tassi di trattamento e delle questioni di sicurezza relative alla produzione di metano. Tuttavia, il metano viene generato durante la rigenerazione dell'atmosfera sulla ISS. Qui proponiamo trattamento dei rifiuti tramite digestione anaerobica seguita da crescita metanotrofica di Metilococco capsulatus per produrre una biomassa ricca di proteine ​​e lipidi che può essere direttamente consumata o utilizzata per produrre altre fonti alimentari ad alto contenuto proteico come il pesce. Per ottenere un trattamento dei rifiuti metanogenici più rapido, abbiamo costruito e testato un reattore anaerobico a flusso fisso, a film fisso, per il trattamento di acque reflue surrogate. Durante il funzionamento in regime stazionario, il reattore ha raggiunto un tasso di rimozione di domanda chimica di ossigeno (COD) del 97% con un tasso di carico organico di 1740 g d ^ -1 m ^ -3 e un tempo di ritenzione idraulico di 12,25 d. Il reattore è stato anche testato in tre occasioni nutrendo ca. 500 g di COD in meno di 12 ore, che rappresentano 50 volte la velocità di alimentazione giornaliera, con tassi di rimozione del COD compresi tra il 56% e il 70%, a dimostrazione della capacità del reattore di rispondere agli eventi di sovralimentazione. Durante l'analisi dello stoccaggio degli effluenti del reattore trattato a un pH di 12, abbiamo isolato un ceppo di Desiderato Halomonas in grado di degradare l'acetato in condizioni di pH elevato. Abbiamo quindi testato il contenuto nutrizionale dell'alcalifilico Desiderato Halomonas ceppo, così come il termofilo Thermus aquaticus, come fonti supplementari di proteine ​​e lipidi che crescono in condizioni che dovrebbero precludere i patogeni. Il M. capsulatus la biomassa consisteva di 52% di proteine ​​e 36% di lipidi, il H. desiderata la biomassa consisteva di proteine ​​al 15% e lipidi al 7% e la biomassa * Thermus aquaticus consisteva nel 61% di proteine ​​e nel 16% di lipidi. Questo lavoro dimostra la fattibilità di un trattamento rapido dei rifiuti in un progetto di reattore compatto e propone il riciclo dei nutrienti nei prodotti alimentari attraverso la crescita microbica eterotrofica (inclusa metanotrofica, acetotrofica e termofila).