A Holdon és a Marson létesítendő jövőbeli emberi telepek fenntarthatóságának egyik legnagyobb akadálya a földi műtrágyáktól való függőség. Az ACS Earth and Space Chemistry folyóiratban publikált legújabb kutatás szerint a bioregeneratív létfenntartó rendszerek (BLiSS) által feldolgozott szerves hulladék – beleértve az emberi végtermékeket is – képes reakcióba lépni a helyi kőzettel, így biztosítva a növények számára létfontosságú tápanyagokat.
A Harrison R. Coker (Texas A&M University) és kollégái, köztük a NASA Kennedy Űrközpontjának kutatói által jegyzett tanulmány egy olyan alapvető problémára keresett megoldást, amellyel minden jövőbeli űrtelepesnek szembe kell néznie. A jelenleg használt szervetlen tápoldatok (például a Hoagland-oldat) kiválóak a talaj nélküli növénytermesztéshez, azonban folyamatos utánpótlást igényelnek a Földről. Az in situ (helyszíni) erőforrás-hasznosítás (ISRU) elveit követve a tudósok azt vizsgálták, hogy a holdi és marsi regolit (kőzetpor) felhasználható-e a helyben keletkező hulladékokból nyert tápoldatok dúsítására.
A BLiSS technológia és az emberi hulladék újrahasznosítása
A fenntartható űrbéli mezőgazdaság alapkövei a bioregeneratív létfenntartó rendszerek (BLiSS – Bioregenerative Life Support Systems). Ezek a rendszerek kísérletet tesznek arra, hogy az űrhajósok által generált szerves hulladékokat – az emberi ürüléket és a növényi maradványokat – maradéktalanul újrahasznosítsák, és azokat szervetlen tápanyagáramokká alakítsák át.
A kísérlet során a NASA Kennedy Űrközpontjában (KSC) működő BLiSS prototípusból, az úgynevezett Szerves Feldolgozó Egységből (Organic Processing Assembly – OPA) származó, nagy hűségű folyékony végterméket használták fel. Ez a rendszer kettős fázisú anaerob bioreaktorokat, membránszűrést, valamint egy fototróf membrán bioreaktort alkalmaz a szerves anyagok lebontására és a nitrogénvegyületek oxidálására.
A 24 órás kísérlet: Holdi és marsi kőzetpor a laborban
A kutatócsoport egy 24 órás kötegelt (batch) kísérletet hajtott végre. Ennek során a NASA BLiSS rendszeréből származó folyadékot reagáltatták kétféle mesterségesen előállított, a valódinak megfelelő kőzetporral (szimulánssal):
-
A JSC-1A jelzésű holdi szimulánssal.
-
Az MGS-1 jelzésű marsi szimulánssal.
Az eredményeket ezután összehasonlították azokkal a kontrollreakciókkal, amelyeket tiszta vízzel, illetve standard szervetlen tápoldattal (Hoagland-oldat) végeztek. Az elemek oldódását és adszorpcióját induktív csatolású plazma optikai emissziós spektrometriával (ICP-OES) számszerűsítették.
Kémiai és mikroszkopikus eredmények: Kén, magnézium és kalcium a fókuszban
A precíziós mérések kimutatták, hogy a szimulánsok és a BLiSS folyadék interakciója során jelentős mennyiségű hasznos elem oldódott ki, miközben bizonyos anyagok megkötődtek.
-
A foszfor (P) esetében Langmuir-féle, míg a cink (Zn) és a kálium (K) esetében Freundlich-féle adszorpciós izotermákat figyeltek meg.
-
A holdi szimuláns (JSC-1A) jelentős mennyiségű ként (S) bocsátott ki magából, amelyet mennyiségben a kalcium (Ca) és a magnézium (Mg) követett.
-
A marsi szimuláns (MGS-1) szintén nagy mennyiségben oldott ki ként (S), majd magnéziumot (Mg), kalciumot (Ca) és nátriumot (Na).
A kutatók röntgen-fotoelektron spektroszkópiát (XPS) és pásztázó elektronmikroszkópos energiadiszperzív spektroszkópiát (SEM-EDS) is bevetettek a szilárd fázis fizikai és kémiai változásainak megfigyelésére. Az XPS vizsgálatok szén (C), nitrogén (N), foszfor (P) és kalcium (Ca) elemi kötődéseit mutatták ki a szimulánsokon a BLiSS oldattal való reakció után. A SEM-EDS felvételek – 1 és 3 kV közötti elektronsugár-energiával, illetve 30 keV energiadisperzív beállítással – egyértelműen rögzítették a kőzetek fizikai erózióját: a holdi szimulánson lyukacsosodás (pitting) alakult ki, míg a marsi szimulánson nanorészecskék bevonata képződött.
Következtetés
A tanulmány egyértelműen rávilágított arra, hogy markáns különbségek vannak a hagyományos szervetlen tápoldatok és a BLiSS folyadékok kőzettel való interakciói között. A kutatás legfőbb tudományos megállapítása, hogy a holdi és marsi regolitok olyan magas oldékonyságú komponenseket tartalmaznak, amelyek az újrahasznosított emberi hulladékból származó tápoldatokat képesek értékes fémekkel és a növények számára létfontosságú tápanyagokkal felerősíteni, ezáltal önfenntartóbbá téve a jövőbeli űrmezőgazdaságot.
Hivatalos források és hivatkozások: 
-
ACS Earth and Space Chemistry (Eredeti tanulmány): Lunar and Martian Regolith Simulants Desorb and Weather after Exposure to Bioregenerative Life Support System Effluent