Astronauter kunne spise mad lavet af poop i fremtiden, siger undersøgelsen

Selv når mennesker rejser ud over Jorden og vågner til Mars og derover, kommer de ubelejlige virkeligheder af menneskelig biologi sammen med os. Fremtrædende pionerer vil stadig lede den samme skæve, ufuldkomne skib, som mennesker har forsøgt i tusindvis af år: menneskekroppen. Og medmindre vi finder ud af en måde at køre vores hjerner og hjerter med batterier, skal mennesker altid spise og drikke og kæbe og tisse.

Heldigvis har forskere haft svært ved at forsøge at finde ud af, hvordan man kan imødekomme menneskers plagefulde biologiske krav, samtidig med at rumfart flyver så effektivt som muligt. Til dette formål har astrobiologer ved Penn State University udviklet en metode til behandling af humant affald med bakterier til fremstilling af et spiseligt produkt.

"Det er lidt mærkeligt, men konceptet ville være lidt som Marmite eller Vegemite, hvor du spiser et mikrobielt goo," siger Christopher House, Ph.D., professor i geovidenskab og medforfatter på artikel, i en erklæring. Han og hans medforfattere offentliggjorde deres resultater i tidsskriftet November 2017 Life Sciences i Rumforskning.

En af de store udfordringer under rummissioner, især længere rejser til Mars og hinsides, vil holde astronauterne forsynet med tilstrækkelig næring uden at kramme hele fartøjet med kasser med mad og vandkander. Selv systemer til at dyrke grøntsager vil tage meget plads, energi og vand op. Og når astronauterne spiste og drukket deres forsyninger, skal de opbevare deres affald.

Derfor kom House sammen med Lisa Steinberg Ph.D. og Rachel Kronyak ved Penn State Astrobiology Research Center til et system, der løser begge disse problemer på én gang ved at bruge to faser af behandling af bakteriel affald for at producere en næringsstof goo der er højt i protein og fedt. Forskerne siger, at dette stof enten kunne spises direkte af astronauter eller fodres til en anden organisme, som fisk, som de så ville spise.

"Vi forestillede og testede konceptet om samtidig behandling af astronauters affald med mikrober, mens der produceres en biomasse, der enten kan direkte eller indirekte afhænge af sikkerhedshensyn," sagde House.

For at opnå denne mikrobielle goo kørte forskerne først en kunstig spildevandsmængde, der almindeligvis anvendes i vandbehandling eksperimenter gennem en anaerob fordøjelsesenhed. Dette udstyr indeholder bakterier, der nedbryder affaldet uden tilstedeværelse af ilt, ligesom et menneske fordøjer mad.

"Anaerob fordøjelse er noget vi ofte bruger på jorden til behandling af affald," forklarede House. "Det er en effektiv måde at få masse behandlet og genanvendt på. Hvad der var nyt om vores arbejde, var at tage næringsstoffer ud af den strøm og med vilje sætte dem ind i en mikrobiel reaktor for at dyrke mad."

Forskerne fandt, at metan produceret under anaerob fordøjelse kunne bruges til at vokse Methylococcus capsulatus, en bakterie, der feeds på methan og har ønskelige koncentrationer af fedt og protein, henholdsvis 36 procent og 52 procent. Ved at holde pH i blandingen meget høj, siger de at patogene bakterier, som E coli, ville ikke kunne overleve.

Selvom forskerne ikke har faktisk sat menneskepotte og tisse ind i enheden for at producere næringsstoffet, siger de, at dette eksperiment viser deres koncept. Plus, alle stykker er kommercielt tilgængelige allerede.

"Hver komponent er ret robust og hurtig og nedbryder affald hurtigt," sagde House i udtalelsen. "Derfor kan dette have potentiale for fremtidig rumflyvning. Det er hurtigere end dyrkning af tomater eller kartofler."

Abstrakt: Fremtidige langsigtede bemandet rumbesøg vil kræve effektiv genanvendelse af vand og næringsstoffer som en del af et livsstøttesystem. Behandling af biologisk affald er mindre energiintensiv end fysisk-kemiske behandlingsmetoder, men anaerob metanogen affaldshåndtering er i vid udstrækning undgås på grund af langsom behandling og sikkerhedsproblemer vedrørende metanproduktion. Metan er imidlertid genereret under atmosfærisk regenerering på ISS. Her foreslås affaldsbehandling via anaerob fordøjelse efterfulgt af metanotrofisk vækst af Methylococcus capsulatus at producere en protein- og lipidrig biomasse, som kan konsumeres direkte eller bruges til at producere andre højproteinkilder såsom fisk. For at opnå hurtigere methanogent affaldsbehandling byggede og testede vi en fastfilm, gennemstrømning, anaerob reaktor til behandling af et erstatningsvandsudslip. Under stabil drift opnåede reaktoren en fjernelsehastighed på 97% kemisk oxygenforbrug (COD) med en organisk påfyldningshastighed på 1740 g d ^ -1 m ^ -3 og en hydraulisk retentionstid på 12,25 d. Reaktoren blev også testet tre gange ved at fodre ca. 500 g COD på mindre end 12 timer, hvilket repræsenterer 50x den daglige tilførselshastighed, med COD-fjernelseshastigheder på mellem 56-70%, hvilket demonstrerer reaktorens evne til at reagere på overfeeding-hændelser. Under undersøgelsen af ​​oplagringen af ​​behandlet reaktorudløb ved en pH på 12 isolerede vi en stamme af Halomonas desiderata i stand til acetatnedbrydning under høje pH-forhold. Vi testede derefter det ernæringsmæssige indhold af alkalifilien Halomonas desiderata stamme såvel som termofilen Thermus aquaticus, som supplerende proteiner og lipidkilder, der vokser under betingelser, der bør udelukke patogener. Det M. capsulatus biomasse bestod af 52% protein og 36% lipider, den H. desiderata biomasse bestod af 15% protein og 7% lipider, og * Thermus aquaticus biomasse bestod af 61% protein og 16% lipider. Dette arbejde demonstrerer muligheden for hurtig affaldsbehandling i et kompakt reaktor design og foreslår genbrug af næringsstoffer tilbage i fødevarer via heterotrofisk (herunder metanotrofisk, acetotrofisk og termofil) mikrobiel vækst.