Astronauten op toekomstige langdurige ruimtevluchten naar de maan en Mars zouden kunnen vertrouwen op microalgen om essentiële levensbehoeften te leveren, waaronder voedsel, water en zuurstof. Een nieuw onderzoek aan boord van het International Space Station test met behulp van de microalg Chlorella vulgaris als een biologische component van een hybride levensondersteunend systeem (LSS).

Naarmate mensen verder van de aarde reizen en voor langere tijd, voldoende voedsel meebrengen, water en zuurstof wordt een uitdaging. Het verpakken van voedsel dat voedzaam en misschien zelfs lekker is, kan nog moeilijker zijn.

Huidige levensondersteunende systemen, zoals het Life Support Rack (LSR), gebruik fysisch-chemische processen en chemische reacties om zuurstof en water te genereren en koolstofdioxide uit het ruimtestation te verwijderen.

Het onderzoek van de Photobioreactor (PBR) demonstreert het creëren van een hybride LSS door de biologische processen van een microalg toe te voegen, die een fotosynthetische efficiëntie heeft die tot tien keer groter is dan die van complexere planten. Deze kleine planten kunnen geconcentreerde koolstofdioxide opnemen die uit de atmosfeer van de cabine is verwijderd en fotosynthese gebruiken om zuurstof en mogelijk zelfs voedsel voor astronauten te produceren, volgens Norbert Henn, een co-onderzoeker en consultant bij het Institute of Space Systems aan de Universiteit van Stuttgart.

Het Institute of Space Systems begon in 2008 met onderzoek naar microalgen voor ruimtetoepassingen en begon in 2014 aan Photobioreactor, samen met het Duitse Lucht- en Ruimtevaartcentrum (DLR) en Airbus.

"Het gebruik van biologische systemen in het algemeen wordt belangrijker voor missies naarmate de duur en de afstand tot de aarde toenemen. Om de afhankelijkheid van bevoorrading vanaf de aarde verder te verminderen, zoveel mogelijk grondstoffen aan boord moeten worden hergebruikt, ", zei mede-onderzoeker Gisela Detrell.

Astronauten activeren de systeemhardware aan boord van het ruimtestation en laten de microalgen 180 dagen groeien. Die tijdspanne stelt onderzoekers in staat om de stabiliteit en langetermijnprestaties van de Photobioreactor in de ruimte te evalueren, evenals het groeigedrag van de microalgen en het vermogen om kooldioxide te recyclen en zuurstof af te geven, volgens medeonderzoeker Jochen Keppler. Onderzoekers zijn van plan om monsters op aarde te analyseren om de effecten van microzwaartekracht en ruimtestraling op de microalgencellen te bepalen.

"Dit zijn de eerste gegevens van een vlucht-bewezen, langdurige werking van een biologische LSS-component, " zei Keppler. De veerkracht van de algen tegen ruimtecondities is op grote schaal aangetoond in kleinschalige celcultuur, maar dit zal het eerste onderzoek zijn om het in een PBR in de ruimte te cultiveren.

chlorella, een van de meest bestudeerde en meest gekarakteriseerde algen wereldwijd, wordt gebruikt in biobrandstoffen, diereneten, aquacultuur, menselijke voeding, afvalwaterzuivering en bio-meststoffen in de landbouw.

"Chlorella-biomassa is een veel voorkomend voedingssupplement en kan dankzij het hoge eiwitgehalte bijdragen aan een evenwichtige voeding, onverzadigde vetzuren, en verschillende vitamines, inclusief B12, " zei co-onderzoeker en biotechnoloog Harald Helisch van het Institute of Space Systems. Wat betreft de smaak, hij voegt toe, "Als je van sushi houdt, je zult het geweldig vinden."

Het doel op lange termijn is om langere ruimtemissies mogelijk te maken door de totale systeemmassa en de afhankelijkheid van bevoorrading te verminderen, zei mede-onderzoeker Johannes Martin. "Om dit te behalen, toekomstige aandachtsgebieden zijn onder meer de stroomafwaartse verwerking van de algen tot eetbaar voedsel en het opschalen van het systeem om één astronaut van zuurstof te voorzien. We zullen ook werken aan verbindingen met andere subsystemen van de LSS, zoals het afvalwaterzuiveringssysteem, en overdracht en aanpassing van de technologie aan een op zwaartekracht gebaseerd systeem zoals een maanbasis."

Astronauten moeten misschien nog steeds hun eigen wasabi inpakken.