I rifiuti umani potrebbero un giorno essere una risorsa preziosa per gli astronauti in missioni nello spazio profondo. Ora, un gruppo di ricerca della Penn State ha dimostrato che è possibile abbattere rapidamente i rifiuti solidi e liquidi per coltivare cibo con una serie di reattori microbici, minimizzando contemporaneamente la crescita dei patogeni.

"Abbiamo immaginato e testato il concetto di trattare contemporaneamente i rifiuti degli astronauti con microbi producendo una biomassa che è commestibile direttamente o indirettamente a seconda dei problemi di sicurezza, " ha detto Christopher House, professore di geoscienze, Penn State. "È un po' strano, ma il concetto sarebbe un po' come Marmite o Vegemite in cui stai mangiando una macchia di "melma microbica".

Lo studio dei ricercatori affronta le molteplici sfide che devono affrontare le missioni nello spazio profondo su Marte o oltre, che probabilmente richiederebbero mesi o anni. Portare abbastanza cibo dalla Terra occupa volume e aumenta la massa e il costo del carburante del veicolo spaziale, mentre coltivare cibo lungo il percorso utilizzando metodi idroponici o altri sarebbe un processo ad alta intensità di energia e acqua che occupa spazio prezioso.

Per testare la loro idea, i ricercatori hanno utilizzato un rifiuto artificiale solido e liquido comunemente usato nei test di gestione dei rifiuti. Hanno creato un chiuso, sistema cilindrico, quattro piedi di lunghezza per quattro pollici di diametro, in cui microbi selezionati sono entrati in contatto con i rifiuti. I microbi hanno demolito i rifiuti usando la digestione anaerobica, un processo simile al modo in cui gli esseri umani digeriscono il cibo.

"La digestione anaerobica è qualcosa che usiamo frequentemente sulla Terra per il trattamento dei rifiuti, " ha detto House. "È un modo efficiente per ottenere trattamenti di massa e riciclati. La novità del nostro lavoro è stata estrarre i nutrienti da quel flusso e metterli intenzionalmente in un reattore microbico per coltivare cibo".

Il team ha scoperto che il metano è stato facilmente prodotto durante la digestione anaerobica dei rifiuti umani e potrebbe essere utilizzato per far crescere un microbo diverso, Methylococcus capsulatus, che viene oggi utilizzato come mangime per animali. Il team ha concluso che tale crescita microbica potrebbe essere utilizzata per produrre un alimento nutriente per il volo nello spazio profondo. Hanno riferito in Scienze della vita nella ricerca spaziale che hanno coltivato M. capsulatus che era il 52% di proteine ​​e il 36% di grassi, rendendolo una potenziale fonte di nutrimento per gli astronauti.

Poiché gli agenti patogeni sono anche una preoccupazione per i microbi in crescita in un ambiente chiuso, spazio umido, il team ha studiato i modi per far crescere i microbi in un ambiente alcalino o in un ambiente ad alto calore. Hanno alzato il pH del sistema a 11 e sono stati sorpresi di trovare un ceppo del batterio Halomonas desiderato che potesse prosperare. Il team ha scoperto che questi batteri sono il 15% di proteine ​​e il 7% di grassi. A 158 gradi Fahrenheit, che uccide la maggior parte dei patogeni, coltivavano il commestibile Thermus aquaticus, che consisteva del 61 percento di proteine ​​e del 16 percento di grassi.

"Abbiamo anche esplorato cambiamenti drammatici sulla quantità di rifiuti prodotti, Per esempio, se la navicella avesse un carico maggiore del solito, e il sistema lo ha accolto bene, " disse Casa.

Il design compatto del team ha tratto ispirazione dagli acquari, che utilizzano un filtro a film fisso per trattare gli scarti di pesce. Questi filtri utilizzano uno speciale materiale in film ricoperto di batteri con un'elevata area superficiale.

"Abbiamo utilizzato materiali provenienti dall'industria degli acquari commerciali, ma li abbiamo adattati per la produzione di metano, " ha detto House. "Sulla superficie del materiale ci sono microbi che prendono i rifiuti solidi dal flusso e li convertono in acidi grassi, che vengono convertiti in gas metano da un diverso insieme di microbi sulla stessa superficie."

Il team ha rimosso dal 49 al 59 percento di solidi in 13 ore durante il test. Questo è molto più veloce del trattamento esistente per la gestione dei rifiuti, che può richiedere diversi giorni. House ha affermato che il loro sistema non è ancora pronto per l'applicazione:questo studio iniziale ha esplorato i vari componenti in isolamento e non un sistema completamente integrato.

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

Oggi, gli astronauti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale riciclano una porzione di acqua dall'urina, ma il processo è ad alta intensità energetica, disse Casa. La gestione dei rifiuti solidi è stata un ostacolo più grande. Questo attualmente viene espulso nell'atmosfera terrestre dove brucia.

"Immagina se qualcuno mettesse a punto il nostro sistema in modo da poter recuperare l'85 percento del carbonio e dell'azoto dai rifiuti in proteine ​​senza dover utilizzare l'idroponica o la luce artificiale, " disse House. "Sarebbe uno sviluppo fantastico per i viaggi nello spazio profondo."