מיחזור בחלל: להפוך הפרשות למזון

פסולת שמייצרים בני אדם יכולה יום אחד להיות משאב בעל ערך לאסטרונאוטים במשימות חלל. מחקר חדש מאוניברסיטת פנסילבניה מראה שבסדרה של מגיבים חיידקיים, אפשר לפרק במהירות פסולת מוצקה ונוזלית כדי לגדל מזון, ובה בעת למזער גדילה של מחוללי מחלות.  

המחקר נותן מענה לאתגרים רבים שעומדים בפני משימות טיסה למאדים ואף רחוק יותר, שככל הנראה יארכו חודשים או שנים. הצטיידות בכמות מזון מספקת בכדור הארץ תדרוש נפח רב ותגדיל את מסת החללית, את צריכת הדלק שלה ואת עלויות השיגור. לעומת זאת, גידול מזון במהלך המשימה בשיטות הידרופוניות שאינן צורכות מצע קרקעי מוצק ובשיטות אחרות, דורש הרבה מים ואנרגיה ועלול גם הוא לתפוס מקום רב ויקר ערך.

חיידקים מחוללי מזון

"אנו הגינו וגם בחנו את הרעיון של טיפול בשפכים של אסטרונאוטים בעזרת חיידקים כדי לייצר חומר אורגני אכיל, בין אם באופן ישיר או באופן עקיף, כתלות במגבלות בטיחות" אומר כריסטופר האוס (House), פרופסור למדעי כדור הארץ באוניברסיטת פנסילבניה, בראיון לאתר האוניברסיטה. "אם כי הרעיון נשמע מוזר, הוא דומה לאכילת ממרחים משאריות של תמצית שמרים כמו Marmite  או Vegemite, רק שכאן אוכלים ממרח דביק מחיידקים". 

כדי לבדוק את הרעיון שלהם, השתמשו החוקרים בפסולת מלאכותית נוזלית ומוצקה שמשמשת בדרך כלל לבדיקה של שיטות טיפול בשפכים. הם יצרו מערכת סגורה וגלילית שבה חיידקים מסוימים באו במגע עם הפסולת. החיידקים פירקו את הפסולת בצורה אל-אווירנית (אנארובית) – כלומר, ללא שימוש בחמצן – בדומה לתהליך שבו בני אדם מעכלים מזון. "אנו משתמשים בעיכול אל-אווירני לעיתים קרובות בכדור הארץ כדי לטפל בפסולת", אומר האוס. "זו דרך יעילה למחזר אותה. החידוש בעבודה שלנו הוא שהצלחנו למצות את אבות המזון מהפסולת ולייצר מהם מזון באופן מכוון".

צוות המחקר מצא שהגז מתאן מיוצר בקלות במהלך עיכול אל-אווירני של הפרשות אדם ויכול לשמש לגידול של חיידק מתילוקוקוס (Methylococcus capsulatus) שמשמש להזנת בעלי חיים כיום. הצוות הסיק מכך שגדילה כזו של חיידק יכולה לשמש כאוכל מזין בטיסות חלל. בשנה שעברה הם דיווחו שהצליחו לגדל חיידק כזה, שמורכב מ-52 אחוזים של חלבון ומ-36 אחוזים של שומן, מה שהופך אותו למקור תזונה פוטנציאלי לאסטרונאוטים.

למנוע מחלות

מיכלי הגידול הסגורים והלחים עלולים לשמש בית מצוין גם לאורחים לא קרואים – חיידקים מחוללי מחלות. הצוות חקר דרכים לגדל חיידקים בסביבה בסיסית או בטמפרטורה גבוהה, שתעכב את גידולם של מחוללי המחלה. הם העלו את ה-pH במיכלי הגידול ל-11, סביבה בסיסית מאוד, ומצאו להפתעתם מין של חיידקי הלומונס (Halomonas desiderata) שהצליח לגדול שם. בחיידק הזה יש 15 אחוזי חלבון ו-7 אחוזי שומן. ב-70 מעלות צלזיוס, טמפרטורה שהורגת את רוב מחוללי המחלות, הצליחו החוקרים לגדל חיידק תרמוס (Thermus aquaticus), שמורכב מ-61 אחוזי חלבון ו-16 אחוזי שומן.

מערכת יעילה ביותר

לדברי האוס, שהמערכת שפיתח צוותו שואבת השראה מאקווריום, שם משתמשים במסנן מיוחד, שמכוסה במשטח שמקורו מחיידקים לטיפול בצואת הדגים. "השתמשנו באותם חומרים אבל התאמנו אותם לייצור של מתאן", הוא מסביר . "על פני החומר יש חיידקים שהופכים פסולת מוצקה לחומצות שומן, וסוג אחר של חיידקים הופכים את חומצות השומן לגז מתאן על פני אותו שטח".

בניסוי של המערכת שנמשך 13 שעות הצליח הצוות לסלק 49 עד 59 אחוזים של המוצקים. זה מהיר יותר מהטיפול שקיים כיום לשפכים, שיכול לקחת כמה ימים. האוס מדגיש עם זאת שהמערכת עדיין אינה מוכנה לשימוש. המחקר הראשוני בדק את מרכיביה בנפרד ולא במערכת שלמה. "כל מרכיב מפרק פסולת די במהירות", הוא אומר, "לכן יש לו פוטנציאל לטיסות חלל עתידיות. זה מהיר יותר מגידול תפוחי אדמה או עגבניות. דמיינו שנוכל לכוונן את המערכת כך ש-85 אחוזים מהפחמן ומהחנקן שבשפכים יהפכו לחלבון, בלי להשתמש בגידול הידרופוני או באור מלאכותי. זו תהיה התפתחות יוצאת מהכלל לטיסות חלל". הוא מסכם.

למערכת הממחזרת שפכים לחלבון אכיל יכולה להיות חשיבות כלכלית רבה לא רק בחלל, אפילו כמקור מזון לחיות משק, למשל. עם זאת, ייקח כמובן עוד זמן עד שהחוקרים יפתחו מערכת שלמה, ויבחנו אותה על הפרשות אדם אמיתיות. לאחר מכן יהיה צורך להתאים אותה למשך הפעילות ולהיקפי הפסולת הצפויים בטיסת חלל. אם כל השלבים האלה יעברו כשורה, יהיה אתגר לא פשוט לבדוק את המערכת גם בתנאי חלל אמיתיים, ולראות שהחיידקים מבצעים את המצופה מהם גם בחוסר כבידה. ואחרי כל אלה, האתגר האמיתי יהיה של האסטרונאוטים, שיצטרכו להתמודד עם הטעם ועם הידיעה שהמזון שלהם אינו אלא מיחזור של מה שהם – וחבריהם – השאירו בשירותים.