ペンシルベニア州立大学の地球科学研究者たちは、有機農家が常に知っていることを最終的に理解しています。消化廃棄物は食品の生産に役立ちます。しかし、地球上の農家は土壌中の微生物に廃棄物を肥料に変えさせ、それを使って食用作物を育てることができる一方で、ペンシルベニア州の研究者たちは別のルートをとらなければなりません。彼らは微生物が廃棄物を直接食品に変える方法を理解しようとしています。
長期間の宇宙ミッション、または火星のような他の世界への長いミッションには多くの困難があります。最も困難な困難の1つは、十分な食物をどう摂取するかです。火星への6か月の航海での宇宙飛行士の乗組員のための食糧、および帰りの旅に十分な量は、非常に重くなります。そして、そのすべての重量は、高価なロケットによって宇宙に持ち上げられなければなりません。
宇宙での長い航海のために十分な食物を運ぶことは問題があります。今まで、その食糧を提供するための解決策は、水耕栽培の部屋と温室でそれを育てることに集中されていました。しかし、それには多くのスペース、水、エネルギーも必要です。そして時間。それは本当に解決策ではありません。
「トマトやジャガイモを育てるよりも速いです。」 –クリストファー・ハウス、ペンシルベニア州地球科学教授
ペンシルバニア州立大学の研究者、クリストファーハウスの地球科学教授が率先して開発を試みているのは、廃棄物を直接食用の栄養価の高い物質に変える方法です。彼らの目的は、それがそうであったように、中間者をカットすることです。そしてこの場合、中間者はトマト、ジャガイモ、または他の果物や野菜のような植物そのものです。
「私たちは、宇宙飛行士の廃棄物を微生物で同時に処理すると同時に、安全上の懸念に応じて直接的または間接的に食べられるバイオマスを生成するという概念を想定してテストしました」とペンステート州の地球科学教授、クリストファーハウスは述べました。 「少し奇妙ですが、コンセプトは「微生物グー」の塗抹標本を食べているマーマイトやベジマイトに少し似ています。」
Penn Stateチームは、特定の微生物を使用して廃棄物を直接食用バイオマスに変えることを提案しています。そして、彼らは進歩しています。
彼らの仕事の中心には微生物リアクターと呼ばれるものがあります。微生物反応器は基本的に、微生物が住むための表面積を最大化するように設計された容器です。これらのタイプのリアクターは、地球上の下水を処理するために使用されますが、食用バイオマスを生成するためには使用されません。
「少し奇妙ですが、コンセプトは、「微生物グー」の塗抹標本を食べているマーマイトやベジマイトに少し似ています。」–クリストファーハウス、ペンシルベニア州立地球科学教授
彼らのアイデアをテストするために、研究者たちは長さ4フィート、直径4インチの円筒形の容器を作成しました。その中で、彼らは選択された微生物が制御された条件で人間の排泄物と接触することを可能にしました。プロセスは嫌気性であり、人間の消化管内で起こることと似ていました。彼らが見つけたものは有望でした。
「嫌気性消化は、廃棄物を処理するために地球上で私たちが頻繁に使用するものです」とHouse氏は言います。 「これは、大量の処理とリサイクルを行う効率的な方法です。私たちの仕事の目新しかったことは、その流れから栄養素を取り出し、意図的にそれらを微生物リアクターに入れて食品を栽培することでした。」
チームが発見したことの1つは、このプロセスでメタンがすぐに生成されることです。メタンは非常に可燃性が高いので、宇宙ミッションでは非常に危険ですが、食品生産で使用する場合、他の望ましい特性があります。メタンは、Methylococcus capsulatusと呼ばれる別の微生物の成長に使用できることがわかりました。 Methylococcus capsulatusは動物向け食品として使用されています。彼らの結論は、このプロセスにより、52％のタンパク質と36％の脂肪である宇宙飛行士向けの栄養価の高い食品を製造できるということです。
「私たちは商業用水族館業界からの材料を使用しましたが、メタン生成にそれらを適合させました。」 –クリストファー・ハウス、ペンシルベニア州地球科学教授
プロセスは単純ではありません。関与する嫌気性プロセスは、人々にとって非常に危険な病原体を生成する可能性があります。それを防ぐために、チームはアルカリ性環境または高熱環境のいずれかで微生物を成長させる方法を研究しました。システムのpHを11に上げた後、彼らは繁栄した細菌Halomonas desiderataの菌株を発見しました。 Halomonas desiderataは15％のタンパク質と7％の脂肪です。彼らはまた、システムを病原菌を殺す華氏158度までクランクアップし、食用のThermus aquaticusが成長することを発見しました。これは、61％のタンパク質と16％の脂肪です。
彼らのシステムは、微生物がフィルター膜の表面に生息する現代の水族館システムに基づいています。微生物は流れから固形廃棄物を取り、それを脂肪酸に変換します。次に、それらの脂肪酸は、同じ表面にある他の微生物によってメタンに変換されます。
速度はこのシステムの要素です。既存の廃棄物処理には通常数日かかります。チームのシステムは、13時間で49〜59％の固形物を除去しました。
このシステムはすぐには宇宙にありません。テストは、実現可能性の証明として、個々のコンポーネントに対して実施されました。同時に機能する完全なシステムを構築する必要があります。 「各コンポーネントは非常に堅牢で高速であり、廃棄物をすばやく分解します」とHouse氏は述べています。 「これが将来の宇宙飛行の可能性がある理由です。トマトやジャガイモを育てるよりも速いのです。」
チームの論文は、こちらのジャーナルLife Sciences In Space Researchに掲載されました。
