Человеческие отходы когда-нибудь могут стать ценным ресурсом для космонавтов в дальних полетах. Новое исследование показывает, что ряд микробных реакторов может быстро разрушать твердые и жидкие отходы для выращивания пищи, сводя к минимуму рост патогенов.
Ученые изучают многочисленные проблемы, с которыми члены космического корабля столкнутся при полетах на длительные дистанции (Марс и за его пределы). Для погрузки достаточного количества продуктов придется потратить много ресурсов и увеличить вместительность летательного аппарата. Но выращивание пищи в пути с помощью гидропонных и прочих методов станет энергоемким и водоемким процессом.
Чтобы проверить задумку, исследователи использовали искусственные твердые и жидкие отходы, которые обычно применяют в тестах по управлению отходами. Они сформировали замкнутую цилиндрическую систему с диаметром 4 фута на 4 дюйма, где микробы контактировали с отходами. Процесс разрушения осуществлялся через анаэробное переваривание.
Этот процесс используют на Земле, так как считается эффективным способом получения массы переработанного продукта. Новизна заключается в том, что ученые смогли вывести питательные вещества из потока и намеренно поместили их в микробный реактор для выращивания пищи.
Оказалось, при анаэробном переваривании человеческих отходов легко формируется метан, который можно использовать для микроба Methylococcus capsulatus. Анализ показывает, что этот микробный рост пригоден для производства пищи в дальних полетах. К примеру, исследователям удалось вырастить Methylococcus capsulatus, в котором 52% приходится на белок, а 36% – жиры.
Патогенные микроорганизмы активируют рост микробов во влажном и замкнутом пространстве, так что ученые изучили способы выращивания микробов в щелочной среде при высоком нагреве. Они повысили pH системы до 11 и обнаружили расцвет бактерии Halomonas desiderata (15% – белок, 7% – жир). При нагреве в 158 градусов Фаренгейта получилось выращивать съедобные Thermus aquaticus (61% – белок, 16% – жир).
Новый компактный дизайн взял идею у сектора по производству аквариумов, использующих фильтр с фиксированной пленкой для обработки рыбных отходов. Эти фильтры представляют собою покрытый бактериями пленочный материал с высокой площадью поверхности. Исследователи использовали эти материалы, но приспособили их к производству метана.
За 13 часов испытания команда удалила 49%-59% твердых веществ. Это намного быстрее, чем существующая технология обработки, тратящая на процесс несколько дней. Система пока не готова к применению, потому что исследование изучало работу компонентов в изоляции.
Сегодня астронавты МКС добывают часть воды из мочи, но процесс энергоемкий. Еще сложнее справляться с твердыми отходами. Их предпочитают сбрасывать в земную атмосферу, где они сгорают.