Les chercheurs en géosciences de la Penn State University découvrent enfin ce que les agriculteurs biologiques ont toujours su: les déchets digestifs peuvent aider à produire des aliments. Mais alors que les agriculteurs ici sur Terre peuvent laisser les microbes dans le sol transformer les déchets en engrais, qui peut ensuite être utilisé pour cultiver des cultures vivrières, les chercheurs de Penn State doivent emprunter une voie différente. Ils essaient de comprendre comment laisser les microbes transformer les déchets directement en nourriture.
Il y a beaucoup de difficultés avec les missions spatiales de longue durée, ou avec de longues missions dans d'autres mondes comme Mars. L'une des difficultés les plus difficiles est de savoir comment prendre suffisamment de nourriture. De la nourriture pour un équipage d'astronautes sur un voyage de 6 mois vers Mars, et assez pour un voyage de retour, pèse beaucoup. Et tout ce poids doit être soulevé dans l'espace par des fusées coûteuses.
Porter suffisamment de nourriture pour un long voyage dans l'espace est problématique. Jusqu'à présent, la solution pour fournir ces aliments s'est concentrée sur leur croissance dans des chambres hydroponiques et des serres. Mais cela prend également beaucoup d'espace, d'eau et d'énergie. Et le temps. Ce n'est pas vraiment une solution.
"C'est plus rapide que de cultiver des tomates ou des pommes de terre." - Christopher House, professeur de géosciences à Penn State
Ce que les chercheurs de Penn State, dirigé par le professeur de géosciences Christopher House, tentent de développer, est une méthode pour transformer les déchets directement en une substance comestible et nutritive. Leur objectif est de couper l'homme du milieu, pour ainsi dire. Et dans ce cas, les intermédiaires sont eux-mêmes des plantes, comme les tomates, les pommes de terre ou d'autres fruits et légumes.
«Nous avons envisagé et testé le concept de traitement simultané des déchets des astronautes avec des microbes tout en produisant une biomasse comestible directement ou indirectement en fonction des préoccupations de sécurité», a déclaré Christopher House, professeur de géosciences à Penn State. "C'est un peu étrange, mais le concept serait un peu comme Marmite ou Vegemite où vous mangez un frottis de" goo microbien. ""
L'équipe de Penn State propose d'utiliser des micro-organismes spécifiques pour transformer directement les déchets en biomasse comestible. Et ils progressent.
Au cœur de leur travail se trouvent des choses appelées réacteurs microbiens. Les réacteurs microbiens sont essentiellement des récipients conçus pour maximiser la surface de peuplement des microbes. Ces types de réacteurs sont utilisés pour traiter les eaux usées ici sur Terre, mais pas pour produire une biomasse comestible.
"C'est un peu étrange, mais le concept serait un peu comme Marmite ou Vegemite où vous mangez un frottis de" goo microbien. "" - Christopher House, Penn State Professor of Geosciences
Pour tester leurs idées, les chercheurs ont construit un récipient cylindrique de quatre pieds de long par quatre pouces de diamètre. À l'intérieur, ils ont permis à des micro-organismes sélectionnés d'entrer en contact avec des déchets humains dans des conditions contrôlées. Le processus était anaérobie et semblable à ce qui se passe à l'intérieur du tube digestif humain. Ce qu'ils ont trouvé était prometteur.
"La digestion anaérobie est quelque chose que nous utilisons fréquemment sur Terre pour traiter les déchets", a déclaré House. «C’est un moyen efficace de traiter et de recycler en masse. Ce qui était nouveau dans notre travail, c'était de retirer les nutriments de ce flux et de les mettre intentionnellement dans un réacteur microbien pour faire pousser des aliments. »
L'équipe a découvert que le processus produit facilement du méthane. Le méthane est hautement inflammable, donc très dangereux lors d'une mission spatiale, mais il a d'autres propriétés souhaitables lorsqu'il est utilisé dans la production alimentaire. Il s'avère que le méthane peut être utilisé pour développer un autre microbe, appelé Methylococcus capsulatus. Methylococcus capsulatus est utilisé comme aliment pour animaux. Leur conclusion est que le processus pourrait produire un aliment nutritif pour les astronautes qui est de 52 pour cent de protéines et 36 pour cent de graisses.
«Nous avons utilisé des matériaux de l'industrie des aquariums commerciaux, mais nous les avons adaptés à la production de méthane.» - Christopher House, professeur de géosciences à Penn State
Le processus n'est pas simple. Le processus anaérobie impliqué peut produire des agents pathogènes très dangereux pour les humains. Pour éviter cela, l'équipe a étudié les moyens de faire proliférer des microbes dans un environnement alcalin ou à haute température. Après avoir élevé le pH du système à 11, ils ont trouvé une souche de la bactérie Halomonas desiderata qui prospérait. Halomonas desiderata contient 15% de protéines et 7% de matières grasses. Ils ont également fait fonctionner le système jusqu'à 158 degrés Fahrenheit, un agent pathogène tuant, et ont constaté que le Thermus aquaticus comestible se développait, ce qui représente 61% de protéines et 16% de graisses.
Leur système est basé sur des systèmes d'aquarium modernes, où des microbes vivent à la surface d'un film filtrant. Les microbes prennent les déchets solides du flux et les convertissent en acides gras. Ensuite, ces acides gras sont convertis en méthane par d'autres microbes sur la même surface.
La vitesse est un facteur dans ce système. Le traitement de gestion des déchets existant prend généralement plusieurs jours. Le système de l'équipe a éliminé 49 à 59% des solides en 13 heures.
Ce système ne sera pas dans l'espace de si tôt. Les tests ont été effectués sur des composants individuels, comme preuve de faisabilité. Un système complet fonctionnant ensemble doit encore être construit. "Chaque composant est assez robuste et rapide et décompose rapidement les déchets", a déclaré House. «C'est pourquoi cela pourrait avoir un potentiel pour les futurs vols spatiaux. C'est plus rapide que de cultiver des tomates ou des pommes de terre. "
Le document de l'équipe a été publié ici, dans la revue Life Sciences In Space Research.
