Los investigadores en geociencia de la Universidad Penn State finalmente están descubriendo lo que los granjeros orgánicos siempre han sabido: los desechos digestivos pueden ayudar a producir alimentos. Pero mientras que los agricultores aquí en la Tierra pueden dejar que los microbios en el suelo conviertan los desechos en fertilizantes, que luego pueden usarse para cultivar alimentos, los investigadores de Penn State tienen que tomar una ruta diferente. Están tratando de descubrir cómo dejar que los microbios conviertan los desechos directamente en alimentos.
Hay muchas dificultades con las misiones espaciales de larga duración, o con largas misiones a otros mundos como Marte. Una de las dificultades más desafiantes es cómo tomar suficiente comida. La comida para una tripulación de astronautas en un viaje de 6 meses a Marte, y suficiente para un viaje de regreso, pesa mucho. Y todo ese peso tiene que ser elevado al espacio por caros cohetes.
Llevar suficiente comida para un largo viaje en el espacio es problemático. Hasta ahora, la solución para proporcionar ese alimento se ha centrado en cultivarlo en cámaras hidropónicas e invernaderos. Pero eso también requiere mucho espacio, agua y energía. Y tiempo. Realmente no es una solución.
"Es más rápido que cultivar tomates o papas". - Christopher House, Profesor de Geociencias de Penn State
Lo que los investigadores de Penn State, dirigidos por el Profesor de Geociencias Christopher House, están tratando de desarrollar, es un método para convertir los desechos directamente en una sustancia comestible y nutritiva. Su objetivo es eliminar al intermediario, por así decirlo. Y en este caso, los intermediarios son plantas, como tomates, papas u otras frutas y verduras.
"Visualizamos y probamos el concepto de tratar simultáneamente los desechos de los astronautas con microbios mientras producimos una biomasa que sea comestible directa o indirectamente dependiendo de las preocupaciones de seguridad", dijo Christopher House, profesor de geociencias, Penn State. "Es un poco extraño, pero el concepto sería un poco como Marmite o Vegemite, donde estás comiendo una mancha de" microbios "."
El equipo de Penn State propone utilizar microorganismos específicos para convertir los desechos directamente en biomasa comestible. Y están haciendo progresos.
En el corazón de su trabajo se encuentran los llamados reactores microbianos. Los reactores microbianos son básicamente recipientes diseñados para maximizar el área de superficie para que se llenen los microbios. Este tipo de reactores se utilizan para tratar las aguas residuales aquí en la Tierra, pero no para producir una biomasa comestible.
"Es un poco extraño, pero el concepto sería un poco como Marmite o Vegemite, donde estás comiendo una mancha de" microbio "." - Christopher House, profesor de Geociencias de Penn State
Para probar sus ideas, los investigadores construyeron un recipiente cilíndrico de cuatro pies de largo por cuatro pulgadas de diámetro. En su interior, permitieron que ciertos microorganismos entraran en contacto con desechos humanos en condiciones controladas. El proceso fue anaeróbico y similar a lo que sucede dentro del tracto digestivo humano. Lo que encontraron fue prometedor.
"La digestión anaeróbica es algo que usamos con frecuencia en la Tierra para tratar los desechos", dijo House. "Es una forma eficiente de tratar y reciclar en masa. Lo novedoso de nuestro trabajo fue sacar los nutrientes de esa corriente y ponerlos intencionalmente en un reactor microbiano para cultivar alimentos ”.
Una cosa que el equipo descubrió es que el proceso produce metano fácilmente. El metano es altamente inflamable, muy peligroso en una misión espacial, pero tiene otras propiedades deseables cuando se usa en la producción de alimentos. Resulta que el metano se puede utilizar para desarrollar otro microbio, llamado Methylococcus capsulatus. Methylococcus capsulatus se usa como alimento para animales. Su conclusión es que el proceso podría producir un alimento nutritivo para los astronautas que sea 52 por ciento de proteínas y 36 por ciento de grasas.
"Utilizamos materiales de la industria comercial de acuarios, pero los adaptamos para la producción de metano". - Christopher House, Profesor de Geociencias de Penn State
El proceso no es simple. El proceso anaeróbico involucrado puede producir patógenos muy peligrosos para las personas. Para evitar eso, el equipo estudió formas de cultivar microbios en un ambiente alcalino o en un ambiente de alto calor. Después de elevar el pH del sistema a 11, encontraron una cepa de la bacteria Halomonas desiderata que prosperó. Halomonas desiderata es 15 por ciento de proteínas y 7 por ciento de grasas. También aumentaron el sistema a una temperatura de 158 grados Fahrenheit que mata a los patógenos, y descubrieron que el Thermus aquaticus comestible creció, que es 61 por ciento de proteínas y 16 por ciento de grasas.
Su sistema se basa en sistemas modernos de acuarios, donde los microbios viven en la superficie de una película de filtro. Los microbios toman desechos sólidos de la corriente y los convierten en ácidos grasos. Luego, esos ácidos grasos se convierten en metano por otros microbios en la misma superficie.
La velocidad es un factor en este sistema. El tratamiento de gestión de residuos existente suele llevar varios días. El sistema del equipo eliminó del 49 al 59 por ciento de los sólidos en 13 horas.
Este sistema no estará en el espacio pronto. Las pruebas se realizaron en componentes individuales, como prueba de viabilidad. Aún debe construirse un sistema completo que funcionó en conjunto. "Cada componente es bastante robusto y rápido y descompone los desechos rápidamente", dijo House. "Es por eso que esto podría tener potencial para futuros vuelos espaciales. Es más rápido que cultivar tomates o papas ".
El artículo del equipo se publicó aquí, en la revista Life Sciences In Space Research.
