بازیافت ادرار فضانوردان کلید زنده نگه‌داشتن انسان بر روی مریخ!

روش‌های بازیافت اصولی و هوشمندِ ضایعات انسانی و تبدیل آن به پلاستیک برای پرینت سه بعدی ابزارآلات و تولید مواد خوراکی، در تلاش برای افزایش بازدهی سفرهای فضایی و تامین احتیاج‌های انسان در فضا، موضوع تحقیق بسیاری از دانشمندان در سال‌های اخیر بوده است. در همین رابطه، به تازگی مخمری با نام «یاروویا لیپولیتیکا» (Yarrowia lipolytica) مورد توجه دانشمندان دانشگاه کلمسون (Clemson University) کارولینای جنوبی آمریکا قرار گرفته است که می‌تواند با تغذیه از کربن موجود در نفس و نیتروژن موجود در ادرار انسان، امکان تولید انواع مختلفی از ویتامین‌ها و پل استر را فراهم کند.

به دلیل محدودیت‌های زمانی و ظرفیتی، نمی‌توان برای مسافرت به فضا تمام مواد و وسایل موردنیاز را در یک یا چند موشک قرار داد و با خود به سیاره‌ای چون مریخ برد؛ به همین دلیل، بازیافت ادرار فضانوردان در کنار روش‌های دیگر استفاده مجدد از مواد که بخش اصلی سیستم بازیافت محققان کلمسون است، نقشی کلیدی در زنده ماندن در فضا دارد.

در همین رابطه، مارک اِی بلِنر (Mark A. Blenner) یکی از این محققان اظهار کرده است که اقتصاد اتمی (Atom Economy) و استفاده از تمامی موادی که همراه با فضانوردان هستند، در موفقیت سفرهای فضایی و زنده ماندن مسافران فضا بسیار تاثیرگذار است.

مخمر یاروویا لیپولیتیکا

یکی از مشتقات مخمر مهندسی‌شده، قادر به تولید امگا ۳ است؛ این ماده که نقش مهمی در سلامت قلب، چشم و به خصوص مغز دارد،‌ درست مانند مکمل‌های غذایی دیگر، طول عمر کوتاهی داشته و چند سال پس از تولید فاسد می‌شود؛ به همین دلیل باید روش‌های کم‌هزینه‌ای مانند بازیافت ادرار و هوای تنفس‌شده مورد استفاده قرار بگیرند تا فضانوردان مواد مغذی موردنیاز بدن خود را علاوه بر مواد غذایی پایه‌ای، در اختیار داشته باشند. البته هم‌اکنون مخمر یاروویا لیپولیتیکا، تنها مقادیر کمی پلی‌استر و مواد مغذی تولید می‌کند، اما تیم پژوهشگران در تلاش‌اند تا بازدهی روش خود را بالاتر ببرند.

یکی دیگر از مشتقات مخمر مذکور هم با قابلیت تولید پلیمرهای پلی‌استر که به عنوان پلاستیک مورد استفاده در ساخت الیاف پارچه استفاده می‌شوند، وجود دارد که با هدف تامین مواد اولیه پرینترهای سه بعدی توسعه داده شده است. به طور کلی، نکته مهم این است که فضانوردان بتوانند وسایل موردنیاز خود را ساخته و در صورت لزوم آن‌ها را جایگزین و یا تعمیر کنند.

مواد پلاستیکی در داخل مخمر یاروویا لیپولیتیکا

علاوه بر تمام موارد گفته‌شده، قابلیت‌های مخمر یاروویا لیپولیتیکا در بازیافت ادرار و ضایعات دیگر آنقدر جالب و چشم‌گیر است که تحقیقات مربوط به آن به واسطه‌ی دستیابی به ماده ارزشمندی چون امگا ۳، امکان بهبود شرایط پرورش ماهی و تولید شکل‌های دیگر مواد غذایی مورد استفاده انسان را هم دارد. در همین رابطه، بلِنر می‌گوید که یافته‌های او و همکارانش نشان می‌دهند که این مخمر مخصوص، ویژگی‌های ژنتیکی و بیوشیمیایی متفاوتی نسبت به سایر مخمرها دارد و پژوهش بر روی منحصربه‌فرد بودن آن، امکان پیشرفت علم بازیافت ضایعات را فراهم خواهد کرد.

اما افزایش بازدهی این مخمر تنها چالش پیش روی دانشمندان نیست؛ در حال حاضر نیاز به افزودن ماده مجزایی به مخمر برای مصرف مناسب‌تر کربن وجود دارد و از طرف دیگر، استخراج پلیمرهای تولیدی توسط مخمر هم کمی مشکل‌زاست، چون این ارگانیسم تک‌سلولی به پلیمرهای تولیدی خود به چشم منبع تغذیه نگاه می‌کند و به راحتی این مواد را در اختیار عوامل خارجی قرار نمی‌دهد.

یکی از سیستم‌های بازیافتی ایستگاه فضایی بین‌المللی

با وجود محدودیت‌های سیستم بازیافت ادرار و بازدم توسعه‌یافته، این تحقیق قدم بزرگی در راه رسیدن به روش‌های بازیافتی پیشرفته‌ای که برای سفرهای فضایی طولانی و طاقت‌فرسا موردنیاز هستند، برداشته است.

نیازهای مالی دانشمندان دانشگاه کلمسون با بودجه‌ای که ناسا (NASA) دو سال پیش، برای تشویق کار پژوهشی در زمینه توسعه و بهبود روش‌های پیشرفته‌ی بازیافت ضایعات انسانی در نظر گرفته بود، تامین شد.

از آنجایی که هم‌اکنون در ایستگاه فضایی بین‌المللی این روش‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرند و بازیافت ادرار و عرق فضانوردان به متدی معمول برای تولید آب آشامیدنی تبدیل شده است، بررسی دقیق‌تر فرآیندهای بیولوژیکی این روش‌ها و توسعه‌ی آن‌ها اهمیت زیادی دارد. بلنر هم اظهار کرده است که ساخت سیستمی بیولوژیکی برای تامین نیازهای فضانوردان انگیزه اصلی تحقیقات او و همکارانش بوده است.