Hallo Zusammen,
Mikroben können Astronauten dabei helfen, menschliche Abfälle in Nahrungsmittel umzuwandelnMenschliche Verschwendung könnte eines Tages eine wertvolle Ressource für Astronauten auf Weltraummissionen sein. Nun hat ein Penn State-Forschungsteam gezeigt, dass es möglich ist, feste und flüssige Abfälle schnell abzubauen, um Nahrungsmittel mit einer Reihe von mikrobiellen Reaktoren zu züchten, während gleichzeitig das Wachstum von Krankheitserregern minimiert wird.
"Wir haben uns das Konzept ausgedacht und getestet, wie die Abfälle von Astronauten gleichzeitig mit Mikroben behandelt werden und gleichzeitig eine Biomasse produziert wird, die entweder direkt oder indirekt essbar ist", sagt Christopher House, Professor für Geowissenschaften, Penn State.
"Es ist ein bisschen seltsam, aber das Konzept wäre ein bisschen wie Marmite (vegetarische Würzpaste) oder Vegemite (konzentrierter Hefeextrakt), wo man einen Abstrich von "mikrobiellem Zeug" isst."Die Studie der Forscher befasst sich mit verschiedenen Herausforderungen, mit denen sich der Mensch auf dem Mars oder darüber hinaus konfrontiert sieht. Wenn genügend Nahrung von der Erde aufgenommen wird, nimmt das Volumen zu und erhöht die Masse und die Treibstoffkosten des Raumfahrzeugs, während der Anbau von Nahrung auf Hydrokultur oder anderen Wegen einen energie- und wasserintensiven Prozess erfordert, der wertvollen Raum einnimmt.
Um ihre Idee zu testen, verwendeten die Forscher den künstlichen festen und flüssigen Abfall, der häufig in Abfallmanagementtests verwendet wird. Sie schufen ein geschlossenes, zylindrisches System von ca. 1,2 Meter (
vier Fuß Länge) mal ca. 10 cm (
vier Zoll Durchmesser), in dem ausgewählte Mikroben mit dem Abfall in Berührung kamen. Die Mikroben bauten Abfall mit sauerstofffreien Verdauung ab, ein Prozess, der der Art und Weise ähnlich ist, wie Menschen Nahrung verdauen.
"Sauerstoffunabhängige Vergärung ist etwas, das wir häufig auf der Erde für die Behandlung von Abfällen verwenden", sagte House. "Es war ein effizienter Weg, um in der Masse behandelt und recycelt zu werden. Es war neu an unserer Arbeit, die Nährstoffe aus diesem Kreislauf zu entfernen und sie absichtlich in einen Mikrobenreaktor zu stecken, um Nahrung anzubauen."
Das Team fand heraus, das
Methan während der sauerstoffunabhängige Vergärung von menschlichen Abfällen leicht produziert wurde und dass es dazu verwendet werden könnte, eine andere Mikrobe,
Methylococcus capsulatus, anzubauen, die heute als Tierfutter verwendet wird. Das Team kam zu dem Schluss, dass dieses mikrobielle Wachstum genutzt werden könnte, um eine nahrhafte Nahrung für den Weltraumflug zu produzieren. Sie berichteten in den
Life Sciences von Space Research, dass sie
M. capsulatus mit einem Proteinanteil von 52 Prozent und einem Fettanteil von 36 Prozent züchteten, was sie zu einer potenziellen Nahrungsquelle für Astronauten macht.
Da Krankheitserreger auch bei wachsenden Mikroben in einem geschlossenen, feuchten Raum eine Rolle spielen, hat das Team Möglichkeiten untersucht, Mikroben entweder in einer alkalischen Umgebung oder in einer Umgebung mit hoher Hitze anzubauen. Sie erhöhten den pH-Wert des Systems auf 11 und waren überrascht, einen Stamm der Bakterien
Halomonas desiderata zu finden, die gedeihen konnten. Das Team fand heraus, dass diese Bakterien 15 Prozent Protein und 7 Prozent Fette enthalten. Bei 70 Grad Celsius
(158 Grad Fahrenheit), die die meisten Krankheitserreger tötet, wuchs der essbare
Thermus aquaticus, der aus 61 Prozent Protein und 16 Prozent Fetten bestand.
Die Wissenschaftler haben auch die Veränderungen untersucht, wenn viel Abfall produziert wurde, zum Beispiel, wenn das Raumschiff eine größere Ladung als üblich hatte, und das System hat das gut aufgenommen.
Das Team wurde zu dem kompakte Design von Aquarien inspiriert, die einen festen Folienfilter zur Behandlung von Fischabfall verwenden. Diese Filter verwenden ein speziell entwickeltes, bakterienbedecktes Folienmaterial mit großer Oberfläche. Die Forscher haben Materialien aus der kommerziellen Aquarienindustrie verwendet, aber sie für die Methanproduktion angepasst. Auf der Oberfläche des Materials befinden sich Mikroben, die festen Abfall aus dem Strom aufnehmen und ihn in Fettsäuren umwandeln, die durch eine andere Gruppe von Mikroben auf derselben Oberfläche in Methangas umgewandelt werden.
Das Team entfernte während des Tests in 13 Stunden 49 bis 59 Prozent der Feststoffe. Dies ist viel schneller als die bestehende Abfallbehandlung, die mehrere Tage dauern kann. House sagte, ihr System sei noch nicht zur Anwendung bereit - diese erste Studie untersuchte die verschiedenen Komponenten isoliert und nicht in ein vollständig integriertes System.
Jede Komponente ist sehr robust und zerlegt den Abfall schnell. Deshalb könnte dies Potenzial für zukünftige Raumflüge haben. Es ist schneller als Tomaten oder Kartoffeln anzubauen.
Heute recyceln Astronauten an Bord der Internationalen Raumstation einen Teil des Wassers aus dem Urin, aber der Prozess ist energieintensiv, sagte House. Das Abfallmanagement war eine größere Hürde. Die Abfälle werden derzeit zur Verbrennung in die Erdatmosphäre ausgestoßen.
"Stellen Sie sich vor, jemand würde unser System so fein abstimmen, dass 85 Prozent des Kohlenstoffs und Stickstoffs aus dem Abfall wieder in Protein umgewandelt werden können, ohne Hydro oder künstliches Licht zu benötigen", sagte House. "Das wäre eine fantastische Entwicklung für Reisen im Weltraum."
Zwei weitere Forscher arbeiteten an dieser Arbeit mit:
Lisa Steinberg zur Zeit der Studie Postdoktorandin für Astrobiologie an der Penn State, jetzt wissenschaftliche Leiterin des Wissenschaftlichen Labors am Delaware County Community College; und
Rachel Kronyak, ehemalige Student der Geowissenschaften im Penn State, jetzt Doktorand an der Universität von Tennessee.
Quelle:
http://news.psu.edu/story/502406/2018/01/25/microbes-may-help-astronauts-transform-human-waste-foodMit den besten Grüßen
Gertrud
