Les déchets humains pourraient un jour être une ressource précieuse pour les astronautes en mission dans l'espace lointain. Maintenant, une équipe de recherche de Penn State a montré qu'il est possible de décomposer rapidement les déchets solides et liquides pour faire pousser des aliments avec une série de réacteurs microbiens, tout en minimisant la croissance des agents pathogènes.

« Nous avons envisagé et testé le concept de traitement simultané des déchets des astronautes avec des microbes tout en produisant une biomasse comestible directement ou indirectement en fonction des problèmes de sécurité, " a déclaré Christopher House, professeur de géosciences, État de Penn. "C'est un peu étrange, mais le concept serait un peu comme Marmite ou Vegemite où vous mangez un frottis de « boue microbienne ».

L'étude des chercheurs aborde de multiples défis auxquels sont confrontées les missions dans l'espace lointain vers Mars ou au-delà, ce qui prendrait probablement des mois ou des années. Apporter suffisamment de nourriture de la Terre prend du volume et augmente la masse et le coût du carburant du vaisseau spatial, tandis que faire pousser des aliments en cours de route en utilisant des méthodes hydroponiques ou autres serait un processus gourmand en énergie et en eau qui prend une place précieuse.

Pour tester leur idée, les chercheurs ont utilisé un déchet artificiel solide et liquide qui est couramment utilisé dans les tests de gestion des déchets. Ils ont créé un clos, système cylindrique, quatre pieds de long sur quatre pouces de diamètre, dans lequel des microbes sélectionnés sont entrés en contact avec les déchets. Les microbes ont décomposé les déchets par digestion anaérobie, un processus similaire à la façon dont les humains digèrent les aliments.

« La digestion anaérobie est quelque chose que nous utilisons fréquemment sur Terre pour traiter les déchets, " a déclaré House. "C'est un moyen efficace de traiter et de recycler en masse. Ce qui était nouveau dans notre travail, c'était de retirer les nutriments de ce flux et de les mettre intentionnellement dans un réacteur microbien pour faire pousser des aliments. »

L'équipe a découvert que le méthane était facilement produit lors de la digestion anaérobie des déchets humains et pouvait être utilisé pour développer un microbe différent, Methylococcus capsulatus, qui sert aujourd'hui à l'alimentation animale. L'équipe a conclu qu'une telle croissance microbienne pourrait être utilisée pour produire un aliment nutritif pour les vols dans l'espace lointain. Ils ont rapporté dans Sciences de la vie dans la recherche spatiale qu'ils ont cultivé M. capsulatus qui contenait 52 pour cent de protéines et 36 pour cent de graisses, ce qui en fait une source potentielle de nutrition pour les astronautes.

Parce que les agents pathogènes sont également un problème avec la croissance de microbes dans un endroit clos, espace humide, l'équipe a étudié des moyens de faire croître des microbes dans un environnement alcalin ou un environnement à haute température. Ils ont élevé le pH du système à 11 et ont été surpris de trouver une souche de la bactérie Halomonas desiderata qui pourrait prospérer. L'équipe a découvert que cette bactérie était constituée de 15 pour cent de protéines et de 7 pour cent de graisses. À 158 degrés Fahrenheit, qui tue la plupart des agents pathogènes, ils ont fait pousser le Thermus aquaticus comestible, qui se composait de 61 pour cent de protéines et 16 pour cent de matières grasses.

« Nous avons également exploré des changements spectaculaires dans la quantité de déchets produits, par exemple, si le vaisseau spatial avait une charge plus importante que d'habitude, et le système s'en accommodait bien, " dit House.

Le design compact de l'équipe s'est inspiré des aquariums, qui utilisent un filtre à film fixe pour traiter les déchets de poisson. Ces filtres utilisent un matériau de film recouvert de bactéries avec une surface élevée.

"Nous avons utilisé des matériaux de l'industrie aquariophile commerciale mais les avons adaptés pour la production de méthane, " a déclaré House. " À la surface du matériau se trouvent des microbes qui prennent les déchets solides du cours d'eau et les convertissent en acides gras, qui sont convertis en méthane par un ensemble différent de microbes sur la même surface."

L'équipe a éliminé 49 à 59 pour cent des solides en 13 heures au cours de leur test. C'est beaucoup plus rapide que le traitement de gestion des déchets existant, ce qui peut prendre plusieurs jours. House a déclaré que leur système n'était pas encore prêt à être appliqué. Cette étude initiale a exploré les différents composants de manière isolée et non dans un système entièrement intégré.

"Chaque composant est assez robuste et rapide et décompose rapidement les déchets, " a déclaré House. "C'est pourquoi cela pourrait avoir un potentiel pour un futur vol spatial. C'est plus rapide que de faire pousser des tomates ou des pommes de terre."

Aujourd'hui, les astronautes à bord de la Station spatiale internationale recyclent une partie de l'eau de l'urine, mais le processus est énergivore, dit Maison. La gestion des déchets solides a été un obstacle plus important. Celui-ci est actuellement éjecté dans l'atmosphère terrestre où il brûle.

"Imaginez si quelqu'un affinait notre système afin que vous puissiez récupérer 85 % du carbone et de l'azote des déchets en protéines sans avoir à utiliser la culture hydroponique ou la lumière artificielle, " a déclaré House. " Ce serait un développement fantastique pour les voyages dans l'espace lointain. "