우주 비행사, 미래에 똥에서 음식을 먹을 수 있음

인간이 지구를 뛰어 넘어 화성에 도달하더라도 인간 생물학의 불편한 현실은 우리와 함께 할 것입니다. 미래의 개척자들은 인간이 수천 년 동안 조종 한 똑같은 시끄럽고 불완전한 배인 인체를 조종 할 것입니다. 그리고 배터리로 우리의 두뇌와 마음을 움직이는 방법을 찾아 내지 않으면 인간은 항상 먹고 마시고 똥과 오줌을 가져야합니다.

다행히도 연구자들은 가능한 한 효율적으로 우주 비행을 유지하면서 인간의 성가신 생물학적 요구 사항을 어떻게 수용 할 것인지 파악하려고 노력하고 있습니다. 이를 위해 펜 스테이트 대학 (Penn State University)의 우주 생물 학자들은 인체 폐기물을 박테리아로 처리하여 식용 제품을 생산하는 방법을 개발했습니다.

"그것은 이상한 일이지만 개념은 '미생물 끈적 거리기'의 얼룩을 먹고있는 Marmite 나 Vegemite와 약간 비슷할 것입니다."라고 Christopher House 박사는 말했다. Christopher House 박사는 지구 과학 교수이자 공동 저자이며 기사에서 그와 그의 공동 저자는 저널의 2017 년 11 월호에 자신들의 연구 결과를 발표했다. 우주 연구 분야의 생명 과학.

우주 탐사 중 주요 과제 중 하나, 특히 화성까지의 더 긴 항해는 우주선 전체에 음식물과 물 주전자 상자를 꽉 채우지 않고도 충분한 양분 공급을 유지하게됩니다. 야채를 재배하는 시스템조차도 많은 공간, 에너지 및 물을 차지합니다. 우주 비행사가 식량을 먹고 마시고 나면 우주선을 낭비해야합니다.

이것이 Penn State Astrobiology Research Center의 Lisa Steinberg, Ph.D. 및 Rachel Kronyak과 함께 House는 박테리아 폐기물 처리의 두 단계를 사용하여 한 번에 이러한 문제를 해결할 수있는 시스템을 만들었습니다. 단백질과 지방이 많은 양분 끈. 연구진은이 물질이 우주 비행사가 직접 먹거나 물고기와 같은 다른 생물체에 먹일 수도 있다고 말했다.

"우리는 안전 문제에 따라 직접 또는 간접적으로 식용 가능한 바이오 매스를 생산하면서 동시에 우주 비행사의 폐기물을 미생물로 처리하는 개념을 구상하고 테스트했다.

이 미생물 끈적 거리기를 얻기 위해 연구진은 혐기성 소화 장치를 통해 수처리 실험에 일반적으로 사용되는 인공 폐수 혼합물을 먼저 조사했습니다. 이 장비에는 산소가없는 폐기물을 분해하는 박테리아가 포함되어 있습니다.

"혐기성 소화는 우리가 폐기물 처리를 위해 지구상에서 자주 사용하는 것"이라고 House는 설명했다. "이것은 대량 처리되고 재활용되는 효율적인 방법입니다. 우리 연구에 대해 참신한 것은 그 양에서 영양분을 가져 와서 음식을 재배하기 위해 의도적으로 미생물 반응기에 넣는 것이 었습니다."

연구진은 혐기성 소화 과정에서 생성 된 메탄이 성장에 사용될 수 있다는 것을 발견했다. Methylococcus capsulatus, 메탄을 먹고 지방과 단백질의 농도가 각각 36 %와 52 % 인 세균. 혼합물의 pH를 매우 높게 유지함으로써 그들은 병원성 박테리아를 대장균, 생존 할 수 없을 것입니다.

연구진은 실제로 인간의 똥과 오줌을 기기에 넣어 영양소를 생산하지는 않았지만이 실험이 자신들의 개념을 증명한다고 말합니다. 또한 모든 조각은 이미 상업적으로 구입할 수 있습니다.

"각 구성 요소는 매우 강력하고 빠르며 신속하게 낭비를 줄입니다."라고 성명서에서 House는 말했습니다. "이것이 향후 우주 비행에 잠재적 인 가능성이있는 이유입니다. 토마토 나 감자를 재배하는 것보다 빠릅니다."

추상: 장래의 유인 우주 임무는 생명 유지 시스템의 일환으로 물과 영양분을 효과적으로 재활용해야합니다. 생물학적 폐기물 처리는 물리 화학적 처리 방법보다 에너지 집약적이지만 메탄 생산과 관련하여 느린 처리 ​​속도 및 안전 문제로 인해 혐기성 메탄 생성 폐기물 처리가 크게 회피되었습니다. 그러나 메탄은 ISS의 대기 재생 중에 생성됩니다. 여기에서는 혐기성 소화를 통한 폐기물 처리를 제안하고 이후 메탄 영양 실용 성장 Methylococcus capsulatus 직접 소비되거나 생선과 같은 다른 고 단백질 식품 원을 생산하는 데 사용할 수있는 단백질 및 지질이 풍부한 바이오 매스를 생산할 수 있습니다. 보다 신속한 메탄 생성 폐기물 처리를 위해, 우리는 ersatz 폐수를 처리하기 위해 고정 필름, 플로우 스루, 혐기성 반응기를 건설 및 테스트했습니다. 정상 상태 작동 동안, 반응기는 1740g d -1 m ^ -3의 유기 부하율과 12.25d의 수압 유지 시간으로 97 %의 화학적 산소 요구량 (COD) 제거율을 달성했다. 반응기는 또한 3 회에 걸쳐 ca. COD 제거율이 56-70 % 인 일일 공급 속도의 50 배에 해당하는 12 시간 이내에 500g COD를 초과하여 과다 공급 상황에 대응하는 원자로의 능력을 보여줍니다. pH 12에서 처리 된 반응기 유출 물의 저장을 조사하는 동안, 우리는 Halomonas desiderata 높은 pH 조건에서 아세테이트 분해가 가능하다. 우리는 알칼리성의 영양 함량을 테스트했다. Halomonas desiderata 균주뿐만 아니라 고온 균주 써말 수족관, 보충 단백질 및 병원균을 배제해야하는 조건에서 자라는 지질 원천. 그만큼 M. capsulatus 바이오 매스는 52 %의 단백질과 36 %의 지질로 이루어졌으며, H. desiderata 바이오 매스는 15 %의 단백질과 7 %의 지질로 구성되었고, * 써뮤 루스 아쿠아 쿠스 바이오 매스는 단백질 61 %와 지질 16 %로 구성되었다. 이 연구는 소형 원자로 설계에서 신속한 폐기물 처리의 실현 가능성을 입증하고 종속 영양 (methanotrophic, acetotrophic 및 thermophilic 포함) 미생물 성장을 통해 식료품으로 영양분을 다시 재활용하도록 제안합니다.