Process converts human waste to astronaut food / Il processo converte i rifiuti umani in cibo per astronauti
Non dove potresti pensare che arrivi il tuo pranzo, ma nello spazio nessuno può sentire il bavaglio.
Penn State researchers use anaerobic digestion to produce edible bacteria while suppressing pathogen growth
Astronauts make sacrifices to go into space. Separation from family and friends and a certain amount of discomfort are givens, and food and drink have to be specially modified for the environment. For long missions that are envisaged for the future — such as the months-long trip to Mars — the problem of bringing enough food or growing it en route is a concern to mission planners.
The Penn State team believes they might have found a solution; but it’s one that will take some mental adjustment from astronauts. Recycling urine into drinking water is a given in space, although that’s a loop that is not yet completely closed on the International Space Station. The Penn research goes a stage further: converting solid waste into edible biomass.
It’s not as strange as it sounds, insists research leader Christopher House, a geoscientist. The process uses anaerobic digestion, which is already widely used. “Anaerobic digestion is something we use frequently on Earth for treating waste,” said House. “It’s an efficient way of getting mass treated and recycled. What was novel about our work was taking the nutrients out of that stream and intentionally putting them into a microbial reactor to grow food.”
“We envisioned and tested the concept of simultaneously treating astronauts’ waste with microbes while producing a biomass that is edible either directly or indirectly depending on safety concerns,” House said. “The concept would be a little bit like Marmite or Vegemite where you’re eating a smear of ‘microbial goo.'”
In the journal Life Sciences in Space Research, House and colleagues describe the apparatus used for the process as an enclosed cylinder, four feet (1.2m) long and four inches (10cm) in diameter. This contained equipment adapted from that used to treat fish waste in aquariums, where a filter covered in a bacterial culture breaks the waste down.
The key part of the process is that the waste is broken down to produce methane (the essential process of anaerobic digestion), but this methane is then in turn used to feed other microbes.
“On the surface of the [filter] material are microbes that take solid waste from the stream and convert it to fatty acids, which are converted to methane gas by a different set of microbes on the same surface,” House said.
To ensure that the microbes fed by the methane would be safe to eat, this part of the process was carried out under conditions inimical to growth of harmful pathogens. House’s team found that at pH 11, they could grow a strain of the bacterium Halomonas desiderata, which is both edible and has a composition of 15 per cent protein and seven per cent fats. At a sterilising high temperature of 158°F (70°C), they could grow Thermus aquaticus, which is even more nutritious at 61 per cent protein and 16 per cent fats.
The process is faster than conventional waste treatment, converting 49-59 per cent of solids in 13 hours. “That’s why this might have potential for future space flight,” House said. “It’s faster than growing tomatoes or potatoes.”
The researchers have still to build their system into a fully-integrated unit; they tested the various components in isolation. “Imagine if someone were to fine-tune our system so that you could get 85 per cent of the carbon and nitrogen back from waste into protein without having to use hydroponics or artificial light,” said House. “That would be a fantastic development for deep-space travel.”
Nobody said space travel was going to be glamorous.
ITALIANO
I ricercatori della Penn State usano la digestione anaerobica per produrre batteri commestibili, mentre sopprimono la crescita del patogeno
Gli astronauti fanno sacrifici per andare nello spazio. La separazione dalla famiglia e dagli amici e una certa quantità di disagio sono dati necessari e il cibo e le bevande devono essere appositamente modificati per l'ambiente. Per lunghe missioni che sono previste per il futuro - come il viaggio di un mese su Marte - il problema di portare abbastanza cibo o coltivarlo durante il percorso è una preoccupazione per i pianificatori delle missioni.
Il gruppo di Penn State crede di aver trovato una soluzione; ma è uno che richiederà un aggiustamento mentale dagli astronauti. Il riciclaggio dell'urina nell'acqua potabile è un dato nello spazio, anche se questo è un ciclo che non è ancora completamente chiuso sulla Stazione Spaziale Internazionale. La ricerca di Penn va oltre: convertire i rifiuti solidi in biomassa commestibile.
Non è così strano come sembra, insiste il leader della ricerca Christopher House, un geoscienziato. Il processo utilizza la digestione anaerobica, che è già ampiamente utilizzata. "La digestione anaerobica è qualcosa che usiamo spesso sulla Terra per il trattamento dei rifiuti", ha detto House. "È un modo efficace per ottenere massa trattata e riciclata. La novità del nostro lavoro consisteva nel togliere i nutrienti da quella corrente e intenzionalmente immetterli in un reattore microbico per far crescere il cibo ".
"Abbiamo immaginato e testato il concetto di trattare simultaneamente i rifiuti degli astronauti con i microbi producendo al tempo stesso una biomassa commestibile, direttamente o indirettamente, a seconda dei problemi di sicurezza", ha affermato House. "Il concetto sarebbe un po 'come Marmite o Vegemite dove stai mangiando una macchia di ' microbica goo '".
Nella rivista Life Sciences in Space Research, House e colleghi descrivono l'apparato utilizzato per il processo come un cilindro chiuso, lungo quattro piedi (1,2 m) e quattro pollici (10 cm) di diametro. Questo conteneva attrezzature adattate da quelle usate per trattare i rifiuti di pesce negli acquari, dove un filtro coperto da una coltura batterica rompe i rifiuti.
La parte fondamentale del processo è che i rifiuti vengono scomposti per produrre metano (il processo essenziale della digestione anaerobica), ma questo metano viene poi utilizzato a sua volta per nutrire altri microbi.
"Sulla superficie del [filtro] materiale ci sono i microbi che prelevano rifiuti solidi dal flusso e lo convertono in acidi grassi, che vengono convertiti in gas metano da un diverso set di microbi sulla stessa superficie", ha detto House.
Per garantire che i microbi alimentati dal metano sarebbero sicuri da mangiare, questa parte del processo è stata effettuata in condizioni avverse alla crescita di agenti patogeni dannosi. Il team di House ha scoperto che a pH 11 potevano sviluppare un ceppo del batterio Halomonas desiderato, che è sia commestibile che ha una composizione del 15% di proteine e del 7% di grassi. Ad una temperatura elevata di sterilizzazione di 158 ° F (70 ° C), potrebbero crescere Thermus aquaticus, che è ancora più nutriente con il 61% di proteine e il 16% di grassi.
Il processo è più rapido del tradizionale trattamento dei rifiuti, convertendo il 49-59 per cento di solidi in 13 ore. "Ecco perché questo potrebbe avere un potenziale per il futuro volo spaziale", ha detto House. "È più veloce della coltivazione di pomodori o patate."
I ricercatori devono ancora costruire il loro sistema in un'unità completamente integrata; hanno testato i vari componenti in isolamento. "Immagina se qualcuno dovesse mettere a punto il nostro sistema in modo che tu possa ottenere l'85% del carbonio e dell'azoto dai rifiuti alle proteine senza dover utilizzare l'idroponica o la luce artificiale", ha affermato House. "Sarebbe uno sviluppo fantastico per i viaggi nello spazio profondo."
Nessuno ha detto che il viaggio nello spazio sarebbe stato affascinante.
Da:
https://www.theengineer.co.uk/converts-human-waste-astronaut-food/?cmpid=tenews_4674137&utm_medium=email&utm_source=newsletter&utm_campaign=tenews&adg=B69ABBDE-DA23-4BA2-B8C3-86E1E1A9FA79
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