Astronauter kan äta mat gjord av poop i framtiden, säger studie

Även när människor reser sig bortom jorden och vågar till Mars och bortom kommer de obekvämligheterna av mänsklig biologi att följa med oss. Framtida pionjärer kommer fortfarande att styra samma grova, ofullkomliga kärl som människor har pilotat i tusentals år: människokroppen. Och om vi inte hittar ett sätt att springa våra hjärnor och hjärtan med batterier, måste människor alltid äta och dricka och kissa och kissa.

Lyckligtvis har forskare varit svåra på jobbet och försökt räkna ut hur man hanterar människors plågsamma biologiska krav samtidigt som rymdflygning är så effektiv som möjligt. För detta ändamål har astrobiologer vid Penn State University utvecklat en metod för att behandla humant avfall med bakterier för att producera en ätbar produkt.

"Det är lite konstigt, men konceptet skulle vara lite som Marmite eller Vegemite där du äter ett smet av" mikrobiell goo ", säger Christopher House, Ph.D., professor i geovetenskaper och medförfattare på artikel i ett uttalande. Han och hans medförfattare publicerade sina fynd i tidningen November 2017 av tidningen Life Sciences in Space Research.

En av de stora utmaningarna vid rymduppdrag, särskilt längre resor till Mars och bortom, kommer att hålla astronauterna försedda med tillräcklig näring utan att krama hela kärlet med lådor med mat och vattenkärl. Även system för att odla grönsaker tar upp mycket utrymme, energi och vatten. Och när astronauterna ätit och berusade sina varor måste de lagra sitt avfall.

Därför kom House tillsammans med Lisa Steinberg, Ph.D. och Rachel Kronyak vid Penn State Astrobiology Research Center, ett system som löser båda dessa problem på en gång genom att använda två steg av bakteriell avfallshantering för att producera en näringsämne goo som är hög i protein och fett. Forskarna säger att detta ämne antingen kan ätas direkt av astronauter eller matas till en annan organism, som fisk, som de då skulle äta.

"Vi förutsåg och testade konceptet att samtidigt behandla astronauternas avfall med mikrober medan man producerar en biomassa som är ätbar antingen direkt eller indirekt beroende på säkerhetsaspekter, säger House.

För att få denna mikrobiella goo sprang forskarna först en konstgjord avloppsblandning som vanligen används i vattenbehandlingsexperiment genom en anaerobisk digereringsanordning. Denna utrustning innehåller bakterier som bryter ner avfallet utan syre närvarande, som en människa smälter mat.

"Anaerob digestion är något som vi ofta använder på jorden för att behandla avfall," förklarade House. "Det är ett effektivt sätt att få massa behandlas och återvinnas. Vad som var en roman om vårt arbete var att ta näringsämnen ur den strömmen och avsiktligt sätta dem i en mikrobiell reaktor för att odla mat."

Forskarna fann att metan som produceras under anaerob digestion kunde användas för att växa Methylococcus capsulatus, en bakterie som matar på metan och har önskvärda koncentrationer av fett och protein, 36 procent respektive 52 procent. Genom att hålla pH-värdet i blandningen mycket högt, säger de att patogena bakterier, som E coli, skulle inte kunna överleva.

Medan forskarna inte har faktiskt satt mänsklig poppa och kissa in i enheten för att producera näringsämnet goo, säger de att experimentet visar sitt koncept. Dessutom är alla bitar kommersiellt tillgängliga redan.

"Varje komponent är ganska robust och snabb och bryter snabbt ner avfall," sade House i uttalandet. "Det är därför det här kan ha potential för framtida rymdflygning. Det är snabbare än att odla tomater eller potatis."

Abstrakt: Framtida långsiktiga bemannade rymduppdrag kommer att kräva effektiv återvinning av vatten och näringsämnen som en del av ett livsstödssystem. Biologisk avfallshantering är mindre energiintensiv än fysikalisk-kemiska behandlingsmetoder, men anaerob metanogen avfallshantering har i stor utsträckning undvikits på grund av långsamma behandlingshastigheter och säkerhetsproblem rörande metanproduktion. Metan genereras emellertid under atmosfärsregenerering på ISS. Här föreslår vi avfallshantering via anaerob nedbrytning följt av metanotrof tillväxt av Methylococcus capsulatus för att producera en protein- och lipidrik biomassa som kan konsumeras direkt eller användas för att producera andra livsmedelskällor med hög protein som fisk. För att uppnå snabbare metanogen avfallshantering byggde vi och testade en fastfilm, genomflöde, anaerob reaktor för att behandla en ersatz-avloppsvatten. Under stabil drift uppnådde reaktorn en avlägsnandehastighet av 97% kemisk syreförbrukning (COD) med en organisk laddningsgrad av 1740 g d ^ -1 m ^ -3 och en hydraulisk retentionstid av 12,25 d. Reaktorn testades också vid tre tillfällen genom att mata ca. 500 g COD på mindre än 12 timmar, vilket motsvarar 50x den dagliga matningshastigheten, med COD-avlägsningshastigheter från 56-70%, vilket demonstrerar reaktorns förmåga att reagera på övermatningshändelser. Medan man undersökte lagringen av behandlat reaktorutflöde vid ett pH av 12 isolerade vi en stam av Halomonas desiderata kapabel att ha acetatnedbrytning under höga pH-förhållanden. Vi testade sedan näringsinnehållet hos alkalifiliska Halomonas desiderata stam, såväl som termofilen Thermus aquaticus, som kompletterande protein- och lipidkällor som växer under förhållanden som bör utesluta patogener. De M. capsulatus biomassa bestod av 52% protein och 36% lipider, H. desiderata biomassa bestod av 15% protein och 7% lipider, och * Thermus aquaticus biomassa bestod av 61% protein och 16% lipider. Detta arbete visar möjligheten av snabbavfallshantering i en kompakt reaktordesign och föreslår återvinning av näringsämnen tillbaka i livsmedel via heterotrofisk (inklusive metanotrofisk, acetotrofisk och termofil) mikrobiell tillväxt.