นักวิจัยธรณีศาสตร์ที่ Penn State University ได้ค้นพบสิ่งที่เกษตรกรอินทรีย์รู้จักกันมานานแล้ว: ของเสียทางเดินอาหารสามารถช่วยผลิตอาหาร แต่ในขณะที่เกษตรกรบนโลกนี้สามารถปล่อยให้จุลินทรีย์ในดินเปลี่ยนขยะให้เป็นปุ๋ยซึ่งสามารถนำไปใช้ในการปลูกพืชอาหารได้นักวิจัยของ Penn State ต้องใช้เส้นทางอื่น พวกเขาพยายามหาวิธีทำให้จุลินทรีย์เปลี่ยนขยะให้เป็นอาหารโดยตรง
มีความยากลำบากมากมายในภารกิจอวกาศที่มีระยะเวลานานหรือมีภารกิจระยะยาวไปยังโลกอื่นเช่นดาวอังคาร หนึ่งในปัญหาที่ท้าทายที่สุดคือการรับประทานอาหารให้เพียงพอ อาหารสำหรับลูกเรือของนักบินอวกาศในการเดินทาง 6 เดือนไปยังดาวอังคารและเพียงพอสำหรับการเดินทางกลับมีน้ำหนักมาก และน้ำหนักทั้งหมดนั้นจะต้องถูกยกขึ้นสู่อวกาศด้วยจรวดราคาแพง
การหาอาหารให้เพียงพอสำหรับการเดินทางระยะยาวในอวกาศเป็นปัญหา จนถึงตอนนี้ทางออกสำหรับการจัดหาอาหารนั้นมุ่งเน้นไปที่การปลูกมันในห้องปลูกพืชไร้ดินและโรงเรือน แต่นั่นก็ใช้พื้นที่น้ำและพลังงานจำนวนมาก และเวลา มันไม่ได้เป็นทางออกจริงๆ
“ เร็วกว่าการปลูกมะเขือเทศหรือมันฝรั่ง” - คริสโตเฟอร์เฮ้าส์ศาสตราจารย์ธรณีศาสตร์แห่งรัฐเพนน์
สิ่งที่นักวิจัยของ Penn State นำโดยศาสตราจารย์ Geosciences Christopher House กำลังพยายามพัฒนาเป็นวิธีการเปลี่ยนขยะให้เป็นสารที่กินได้และมีคุณค่าทางโภชนาการโดยตรง เป้าหมายของพวกเขาคือการตัดชายกลางอย่างที่เคยเป็น และในกรณีนี้ชายกลางเป็นพืชเองเช่นมะเขือเทศมันฝรั่งหรือผักและผลไม้อื่น ๆ
“ เรามองเห็นและทดสอบแนวคิดของการกำจัดขยะของนักบินอวกาศพร้อมกันในขณะที่ผลิตชีวมวลที่สามารถกินได้ทั้งทางตรงและทางอ้อมขึ้นอยู่กับข้อกังวลด้านความปลอดภัย” Christopher House ศาสตราจารย์ด้านธรณีวิทยารัฐเพนน์กล่าว “ มันแปลกไปนิดหน่อย แต่คอนเซ็ปต์จะคล้ายกับ Marmite หรือ Vegemite นิดหน่อยซึ่งคุณกำลังทาน smo ‘จุลินทรีย์จุลินทรีย์”
ทีมงาน Penn State เสนอให้ใช้จุลินทรีย์เฉพาะเพื่อเปลี่ยนขยะให้เป็นชีวมวลที่บริโภคได้โดยตรง และพวกเขากำลังก้าวหน้า
หัวใจของการทำงานคือสิ่งที่เรียกว่าเครื่องปฏิกรณ์จุลินทรีย์ เครื่องปฏิกรณ์จุลินทรีย์นั้นเป็นภาชนะที่ถูกออกแบบมาเพื่อเพิ่มพื้นที่ผิวสำหรับจุลินทรีย์ที่จะเติม เครื่องปฏิกรณ์ประเภทนี้ใช้เพื่อบำบัดน้ำเสียที่นี่ในโลก แต่ไม่สามารถผลิตพลังงานชีวมวลที่บริโภคได้
“ มันแปลกไปนิดหน่อย แต่คอนเซ็ปต์จะคล้ายกับ Marmite หรือ Vegemite นิดหน่อยซึ่งคุณกำลังกินคราบจุลินทรีย์ o จุลินทรีย์” Christopher House ศาสตราจารย์ด้านธรณีวิทยาแห่งรัฐเพนน์
เพื่อทดสอบความคิดของพวกเขานักวิจัยได้สร้างเรือรูปทรงกระบอกยาวสี่ฟุตคูณสี่นิ้ว ภายในนั้นพวกเขาอนุญาตให้จุลินทรีย์เลือกสัมผัสกับขยะของมนุษย์ในสภาวะที่ควบคุมได้ กระบวนการนี้เป็นแบบไม่ใช้ออกซิเจนและคล้ายกับสิ่งที่เกิดขึ้นในทางเดินอาหารของมนุษย์ สิ่งที่พวกเขาพบคือสัญญา
“ การย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจนเป็นสิ่งที่เราใช้เป็นประจำบนโลกเพื่อบำบัดของเสีย” เฮาส์กล่าว “ มันเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการรับการบำบัดและรีไซเคิลจำนวนมาก สิ่งที่แปลกใหม่เกี่ยวกับงานของเราคือการนำสารอาหารออกจากลำธารนั้นและตั้งใจนำไปใส่ในถังปฏิกรณ์จุลินทรีย์เพื่อปลูกอาหาร”
สิ่งหนึ่งที่ทีมค้นพบคือกระบวนการนี้ผลิตก๊าซมีเทนอย่างรวดเร็ว มีเธนมีความไวไฟสูงเป็นอันตรายอย่างมากต่อภารกิจอวกาศ แต่มันมีคุณสมบัติที่ต้องการเมื่อใช้ในการผลิตอาหาร ปรากฎว่ามีเทนสามารถนำมาใช้ในการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์อื่นที่เรียกว่า Methylococcus capsulatus Methylococcus capsulatus ใช้เป็นอาหารสัตว์ ข้อสรุปของพวกเขาคือกระบวนการสามารถผลิตอาหารที่มีคุณค่าสำหรับนักบินอวกาศซึ่งมีโปรตีน 52 เปอร์เซ็นต์และไขมัน 36 เปอร์เซ็นต์
“ เราใช้วัสดุจากอุตสาหกรรมตู้ปลาเชิงพาณิชย์ แต่ดัดแปลงมาเพื่อผลิตก๊าซมีเทน” - คริสโตเฟอร์เฮ้าส์ศาสตราจารย์ธรณีศาสตร์แห่งรัฐเพนน์
กระบวนการนี้ไม่ง่าย กระบวนการแอนแอโรบิคที่เกี่ยวข้องสามารถสร้างเชื้อโรคที่เป็นอันตรายต่อคนได้ เพื่อป้องกันสิ่งนั้นทีมศึกษาวิธีการปลูกเชื้อจุลินทรีย์ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างหรือสภาพแวดล้อมที่มีความร้อนสูง หลังจากเพิ่มค่าความเป็นกรดด่างของระบบเป็น 11 พวกเขาพบว่าสายพันธุ์ของแบคทีเรีย Halomonas desiderata ที่เจริญเติบโต Halomonas desiderata เป็นโปรตีน 15 เปอร์เซ็นต์และไขมัน 7 เปอร์เซ็นต์ พวกเขาเหวี่ยงระบบไปจนถึงการฆ่าเชื้อโรคที่ 158 องศาฟาเรนไฮต์และพบว่า Thermus aquaticus ที่กินได้นั้นเติบโตขึ้นซึ่งก็คือโปรตีน 61 เปอร์เซ็นต์และไขมัน 16 เปอร์เซ็นต์
ระบบของพวกมันอาศัยระบบตู้ปลาที่ทันสมัยซึ่งจุลินทรีย์อาศัยอยู่บนพื้นผิวของฟิล์มกรอง จุลินทรีย์นำขยะมูลฝอยจากกระแสและแปลงเป็นกรดไขมัน จากนั้นกรดไขมันเหล่านั้นจะถูกเปลี่ยนเป็นมีเธนโดยจุลินทรีย์อื่นบนพื้นผิวเดียวกัน
ความเร็วเป็นปัจจัยในระบบนี้ การจัดการขยะที่มีอยู่มักใช้เวลาหลายวัน ระบบของทีมลบ 49 ถึง 59 เปอร์เซ็นต์ของของแข็งใน 13 ชั่วโมง
ระบบนี้จะไม่ว่างตลอดเวลาในไม่ช้า การทดสอบได้ดำเนินการในแต่ละองค์ประกอบเพื่อพิสูจน์ความเป็นไปได้ ระบบที่สมบูรณ์ซึ่งทำงานร่วมกันยังคงต้องถูกสร้างขึ้น “ แต่ละองค์ประกอบมีความแข็งแกร่งและรวดเร็วและสามารถแยกขยะได้อย่างรวดเร็ว” เฮาส์กล่าว “ นั่นเป็นเหตุผลว่าทำไมนี่จึงมีศักยภาพสำหรับการบินอวกาศในอนาคต มันเร็วกว่าการปลูกมะเขือเทศหรือมันฝรั่ง”
เอกสารของทีมถูกตีพิมพ์ที่นี่ในวารสาร Life Sciences In Space Research
