Los desechos humanos pueden ser algún día un recurso valioso para los astronautas en misiones en el espacio profundo. Ahora, un equipo de investigación de Penn State ha demostrado que es posible descomponer rápidamente los desechos sólidos y líquidos para cultivar alimentos con una serie de reactores microbianos, al mismo tiempo que minimiza el crecimiento de patógenos.

"Visualizamos y probamos el concepto de tratar simultáneamente los desechos de los astronautas con microbios mientras producimos una biomasa que es 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 'viscosidad microbiana' ".

El estudio de los investigadores aborda los múltiples desafíos que enfrentan las misiones en el espacio profundo a Marte o más allá, lo que probablemente tomaría meses o años. Traer suficiente comida de la Tierra ocupa volumen y aumenta la masa y el costo de combustible de la nave espacial, mientras que el cultivo de alimentos en ruta utilizando métodos hidropónicos u otros sería un proceso que consume mucha energía y agua y ocupa un espacio valioso.

Para probar su idea, los investigadores utilizaron un residuo sólido y líquido artificial que se utiliza habitualmente en las pruebas de gestión de residuos. Crearon un cerrado sistema cilíndrico, cuatro pies de largo por cuatro pulgadas de diámetro, en el que microbios seleccionados entraron en contacto con los desechos. Los microbios descomponen los desechos mediante digestión anaeróbica, un proceso similar a la forma en que los humanos digieren los alimentos.

"La digestión anaeróbica es algo que usamos con frecuencia en la Tierra para tratar los desechos, ", dijo House." Es una forma eficiente de obtener tratamiento y reciclado en masa. Lo novedoso de nuestro trabajo fue sacar los nutrientes de esa corriente y ponerlos intencionalmente en un reactor microbiano para producir alimentos ".

El equipo descubrió que el metano se producía fácilmente durante la digestión anaeróbica de desechos humanos y podría usarse para cultivar un microbio diferente. Methylococcus capsulatus, que se utiliza como pienso para animales en la actualidad. El equipo concluyó que dicho crecimiento microbiano podría utilizarse para producir un alimento nutritivo para los vuelos al espacio profundo. Ellos informaron en Ciencias de la vida en la investigación espacial que cultivaron M. capsulatus que era 52 por ciento de proteínas y 36 por ciento de grasas, convirtiéndolo en una fuente potencial de nutrición para los astronautas.

Debido a que los patógenos también son una preocupación con el crecimiento de microbios en un espacio húmedo, el equipo estudió formas de cultivar microbios en un ambiente alcalino o en un ambiente de altas temperaturas. Elevaron el pH del sistema a 11 y se sorprendieron al encontrar una cepa de la bacteria Halomonas desiderata que podía prosperar. El equipo descubrió que esta bacteria tiene un 15 por ciento de proteínas y un 7 por ciento de grasas. A 158 grados Fahrenheit, que mata a la mayoría de los patógenos, cultivaron el Thermus aquaticus comestible, que constaba de un 61 por ciento de proteínas y un 16 por ciento de grasas.

"También exploramos cambios dramáticos en la cantidad de desechos que se producían, por ejemplo, si la nave espacial tuviera una carga mayor de lo habitual, y el sistema lo acomodó bien, "dijo House.

El diseño compacto del equipo se inspiró en los acuarios, que utilizan un filtro de película fija para tratar los desechos de pescado. Estos filtros utilizan un material de película cubierto de bacterias con una gran superficie.

"Utilizamos materiales de la industria de los acuarios comerciales, pero los adaptamos para la producción de metano, "dijo House." En la superficie del material hay microbios que toman los desechos sólidos de la corriente y los convierten en ácidos grasos, que son convertidos en gas metano por un conjunto diferente de microbios en la misma superficie ".

El equipo eliminó del 49 al 59 por ciento de los sólidos en 13 horas durante su prueba. Esto es mucho más rápido que el tratamiento de gestión de residuos existente, que puede tardar varios días. House dijo que su sistema aún no está listo para su aplicación; este estudio inicial exploró los diversos componentes de forma aislada y no un sistema completamente integrado.

"Cada componente es bastante robusto y rápido y descompone los residuos rápidamente, ", dijo House." Es por eso que esto podría tener potencial para futuros vuelos espaciales. Es más rápido que cultivar tomates o patatas ".

Hoy dia, los astronautas a bordo de la Estación Espacial Internacional reciclan una porción de agua de la orina, pero el proceso consume mucha energía, dijo House. La gestión de residuos sólidos ha sido un obstáculo mayor. Esto actualmente se expulsa a la atmósfera de la Tierra donde se quema.

"Imagínese si alguien ajustara nuestro sistema para que pudiera recuperar el 85 por ciento del carbono y el nitrógeno de los desechos en proteínas sin tener que usar hidroponía o luz artificial, ", dijo House." Eso sería un desarrollo fantástico para los viajes al espacio profundo ".