Penyelidik Geosains di Penn State University akhirnya mengetahui apa yang selalu diketahui oleh petani organik: sisa pencernaan dapat membantu menghasilkan makanan. Tetapi walaupun para petani di Bumi dapat membiarkan mikroba di tanah mengubah sampah menjadi baja, yang kemudian dapat digunakan untuk menanam tanaman makanan, para penyelidik Penn State harus menempuh jalan yang berbeda. Mereka berusaha mencari cara membiarkan mikroba mengubah sampah secara langsung menjadi makanan.
Terdapat banyak kesukaran dengan misi ruang angkasa jangka panjang, atau dengan misi panjang ke dunia lain seperti Mars. Salah satu kesukaran yang paling mencabar adalah bagaimana mengambil makanan yang mencukupi. Makanan untuk kru angkasawan dalam perjalanan 6 bulan ke Marikh, dan cukup untuk perjalanan pulang, beratnya banyak. Dan semua berat itu harus diangkat ke angkasa dengan roket mahal.
Membawa makanan yang mencukupi untuk perjalanan yang panjang di angkasa bermasalah. Hingga kini, penyelesaian untuk menyediakan makanan tersebut telah difokuskan untuk menanamnya di ruang hidroponik dan rumah hijau. Tetapi itu juga memerlukan banyak ruang, air, dan tenaga. Dan masa. Ini bukan penyelesaian.
"Lebih cepat daripada menanam tomato atau kentang." - Christopher House, Profesor Geosciences Penn State
Apa yang cuba dikembangkan oleh para penyelidik di Penn State, yang diketuai oleh Profesor Geosains Christopher House, adalah kaedah mengubah sampah secara langsung menjadi bahan yang boleh dimakan dan berkhasiat. Tujuan mereka adalah untuk memotong orang tengah, seperti dulu. Dalam kes ini, orang tengah adalah tanaman sendiri, seperti tomato, kentang, atau buah-buahan dan sayur-sayuran lain.
"Kami membayangkan dan menguji konsep merawat sampah angkasawan secara serentak dengan mikroba sambil menghasilkan biomas yang boleh dimakan sama ada secara langsung atau tidak langsung bergantung kepada masalah keselamatan," kata Christopher House, profesor geosains, Penn State. "Ini agak pelik, tetapi konsepnya sedikit seperti Marmite atau Vegemite di mana anda memakan smear 'microbial goo.'"
Pasukan Penn State mencadangkan untuk menggunakan mikroorganisma tertentu untuk mengubah sampah secara langsung menjadi biomas yang boleh dimakan. Dan mereka membuat kemajuan.
Inti kerja mereka adalah perkara yang disebut reaktor mikroba. Reaktor mikroba pada dasarnya adalah kapal yang dirancang untuk memaksimumkan luas permukaan agar mikroba dapat mendiami. Jenis reaktor ini digunakan untuk mengolah kumbahan di Bumi, tetapi tidak menghasilkan biomas yang boleh dimakan.
"Agak pelik, tetapi konsepnya sedikit seperti Marmite atau Vegemite di mana anda makan smear 'microbial goo.'" - Christopher House, Penn State Professor of Geosciences
Untuk menguji idea mereka, para penyelidik membina sebuah kapal silinder sepanjang empat kaki dengan diameter empat inci. Di dalamnya, mereka membiarkan mikroorganisma terpilih bersentuhan dengan sisa manusia dalam keadaan terkawal. Prosesnya bersifat anaerob, dan serupa dengan apa yang berlaku di dalam saluran pencernaan manusia. Apa yang mereka dapati menjanjikan.
"Pencernaan anaerob adalah sesuatu yang sering kita gunakan di Bumi untuk mengolah sisa," kata House. "Ini cara yang berkesan untuk dirawat secara besar-besaran dan dikitar semula. Apa yang baru dalam karya kami ialah mengeluarkan nutrien dari aliran itu dan sengaja memasukkannya ke dalam reaktor mikroba untuk menanam makanan. "
Satu perkara yang ditemui oleh pasukan ialah prosesnya menghasilkan metana. Metana sangat mudah terbakar, sangat berbahaya dalam misi angkasa, tetapi mempunyai sifat lain yang diinginkan ketika digunakan dalam pengeluaran makanan. Ternyata metana dapat digunakan untuk menumbuhkan mikroba lain, yang disebut Methylococcus capsulatus. Methylococcus capsulatus digunakan sebagai makanan haiwan. Kesimpulan mereka adalah bahawa proses itu dapat menghasilkan makanan berkhasiat untuk angkasawan iaitu 52 persen protein dan 36 persen lemak.
"Kami menggunakan bahan dari industri akuarium komersial tetapi menyesuaikannya untuk pengeluaran metana." - Christopher House, Profesor Geosciences Penn State
Prosesnya tidak mudah. Proses anaerobik yang terlibat dapat menghasilkan patogen yang sangat berbahaya bagi orang. Untuk mengelakkannya, pasukan mengkaji cara menanam mikrob baik di persekitaran alkali atau di persekitaran panas tinggi. Setelah menaikkan pH sistem menjadi 11, mereka menemui sebilangan bakteria Halomonas desiderata yang berkembang pesat. Halomonas desiderata adalah 15 peratus protein dan 7 peratus lemak. Mereka juga menghidupkan sistem hingga mematikan patogen 158 darjah Fahrenheit, dan mendapati bahawa Thermus aquaticus yang dapat dimakan tumbuh, yang merupakan 61 persen protein dan 16 persen lemak.
Sistem mereka didasarkan pada sistem akuarium moden, di mana mikroba hidup di permukaan filem penapis. Mikroba mengambil sisa pepejal dari aliran dan mengubahnya menjadi asid lemak. Kemudian, asid lemak tersebut ditukar menjadi metana oleh mikrob lain di permukaan yang sama.
Kelajuan adalah faktor dalam sistem ini. Rawatan pengurusan sisa yang ada biasanya memakan masa beberapa hari. Sistem pasukan membuang 49 hingga 59 peratus pepejal dalam 13 jam.
Sistem ini tidak akan dapat digunakan dalam masa terdekat. Ujian dilakukan pada komponen individu, sebagai bukti kelayakan. Sistem lengkap yang berfungsi bersama masih perlu dibina. "Setiap komponen cukup kuat dan cepat dan memecah sisa dengan cepat," kata House. "Itulah sebabnya ini berpotensi untuk penerbangan angkasa akan datang. Lebih cepat daripada menanam tomato atau kentang. "
Kertas kerja pasukan ini diterbitkan di sini, dalam jurnal Life Sciences In Space Research.
