«Мы придумали и протестировали концепцию одновременной обработки отходов космонавтов микробами при производстве биомассы, которая прямо или косвенно съедобна, в зависимости от соображений безопасности», — сказал Кристофер Хаус, профессор наук о Земле, Пенсильванский университет. «Это немного странно, но концепция будет немного похожа на Marmite или Vegemite, когда вы едите мазок« микробной слизи »».Исследование исследователей направлено на решение множества проблем, с которыми сталкиваются миссии в дальний космос на Марс или за его пределы, которые, вероятно, займут месяцы или годы. Доставка достаточного количества пищи с Земли занимает объем и увеличивает массу и стоимость топлива космического корабля, в то время как выращивание пищи в пути с использованием гидропоники или других методов было бы энерго- и водоемким процессом, занимающим ценное место.Чтобы проверить свою идею, исследователи использовали искусственные твердые и жидкие отходы, которые обычно используются в тестах управления отходами.
Они создали замкнутую цилиндрическую систему, четыре фута в длину и четыре дюйма в диаметре, в которой избранные микробы вступали в контакт с отходами. Микробы разрушают отходы с помощью анаэробного пищеварения, процесса, аналогичного тому, как люди переваривают пищу.«Анаэробное пищеварение — это то, что мы часто используем на Земле для обработки отходов», — сказал Хаус. «Это эффективный способ массовой обработки и вторичной переработки. Новым в нашей работе было извлечение питательных веществ из этого потока и намеренное помещение их в микробный реактор для выращивания пищи».
Команда обнаружила, что метан легко образуется во время анаэробного переваривания человеческих отходов и может быть использован для выращивания другого микроба, Methylococcus capsulatus, который сегодня используется в качестве корма для животных. Команда пришла к выводу, что такой рост микробов может быть использован для производства питательной пищи для полетов в дальний космос.
Они сообщили в журнале Life Sciences in Space Research, что вырастили M. capsulatus, который содержал 52 процента белка и 36 процентов жиров, что сделало его потенциальным источником питания для космонавтов.Поскольку патогены также вызывают беспокойство при выращивании микробов в замкнутом влажном помещении, команда исследовала способы выращивания микробов либо в щелочной среде, либо в среде с высокой температурой. Они подняли pH системы до 11 и были удивлены, обнаружив штамм бактерий Halomonas desiderata, которые могли процветать. Команда обнаружила, что эти бактерии на 15 процентов состоят из белков и на 7 процентов из жиров.
При температуре 158 градусов по Фаренгейту, убивающей большинство болезнетворных микроорганизмов, они выращивали съедобный Thermus aquaticus, который на 61% состоял из белков и на 16% из жиров.«Мы также исследовали кардинальные изменения в количестве образовавшихся отходов, например, если космический корабль имел большую нагрузку, чем обычно, и система приспособилась к этому хорошо», — сказал Хаус.Компактный дизайн команды был вдохновлен аквариумами, в которых для очистки рыбных отходов используется фиксированный пленочный фильтр. В этих фильтрах используется специально разработанный пленочный материал, покрытый бактериями, с большой площадью поверхности.
«Мы использовали материалы из коммерческого аквариума, но адаптировали их для производства метана», — сказал Хаус. «На поверхности материала находятся микробы, которые забирают твердые отходы из потока и превращают их в жирные кислоты, которые преобразуются в газообразный метан другим набором микробов на той же поверхности».Во время теста команда удалила от 49 до 59 процентов твердых частиц за 13 часов. Это намного быстрее, чем обработка существующих отходов, которая может занять несколько дней. Хаус заявил, что их система еще не готова к применению — в этом первоначальном исследовании изучались отдельные компоненты, а не полностью интегрированная система.
«Каждый компонент достаточно надежен и быстр, и быстро утилизирует отходы», — сказал Хаус. «Вот почему это может иметь потенциал для будущего космического полета. Это быстрее, чем выращивать помидоры или картофель».Сегодня астронавты на борту Международной космической станции перерабатывают часть воды из мочи, но этот процесс требует больших затрат энергии, сказал Хаус.
Управление твердыми отходами было большим препятствием. В настоящее время он выбрасывается в атмосферу Земли, где сгорает.
«Представьте, если бы кто-то настроил нашу систему так, чтобы вы могли вернуть 85 процентов углерода и азота из отходов в белок без использования гидропоники или искусственного освещения», — сказал Хаус. «Это было бы фантастическим достижением для путешествий в дальний космос».