Космонавты на Марсе станут питаться рыбой, а отходами удобрять растения

Ученые ФИЦ «Красноярский научный центр СО РАН» разработали технологию переработки рыбных отходов для приготовления питательного раствора при выращивании растений. Технология станет одним из звеньев будущей замкнутой системы жизнеобеспечения человека в космосе. Результаты исследования опубликованы в журнале Life Sciences in Space Research.

Разработанная красноярскими учеными замкнутая система жизнеобеспечения БИОС-3 является прообразом лунной или марсианской базы. В основе ее работы лежит согласованный по химическим элементам экологический круговорот высокой степени замкнутости. В результате жизнедеятельности растений, выращиваемых на минерализованных выделениях человека и других органических отходах, производится пища, восстанавливаются кислород и питьевая вода. Автономные замкнутые экосистемы должны сделать планетарные базы менее зависимыми от поставок продовольствия и, следовательно, более дешевыми в использовании.

Долговременная жизнь внеземного планетарного поселения будет невозможна без производства животной пищи для людей. Рыба является перспективным кандидатом на включение в биорегенеративную систему жизнеобеспечения (СЖО) из-за качественного белка и высокого содержания незаменимых полиненасыщенных жирных кислот (омега-3 и омега-6). Однако появление в рационе экипажа рыбной пищи повлечет за собой новый тип органических отходов — чешую, кости, внутренности.

Ученые Института биофизики ФИЦ КНЦ СО РАН разработали технологию переработки рыбных отходов как добавки в питательный раствор, который можно использовать для выращивания пшеницы. Для этого в процессе так называемого «мокрого сжигания» органический материал окисляли в водном растворе перекиси водорода в переменном электрическом поле. В результате органика превращалась в неорганические соли. Ученые ожидают, что, используя этот метод, космическая команда сможет полностью утилизировать рыбные отходы и использовать их для выращивания овощей и других продуктов питания.

  Рыбные отходы (слева) перед переработкой в реакторе мокрого сжигания (справа)

В качестве опытного образца в работе использовали отходы карася. Карась — всеядная пресноводная костистая рыба, не проявляющая особенных предпочтений в среде обитания. В отличие от морских видов, он не нуждается в большом содержании солей в воде. Важно, что в биологической СЖО пресная вода может быть легко получена путем транспирации растений и конденсации водяного пара. Исследователи обнаружили, что в присутствии минерализованных отходов жизнедеятельности человека переработка рыбных отходов более эффективна, чем при их прямом окислении. Повторная переработка возникающего при этом небольшого осадка в среде перекиси водорода и азотной кислоты позволила перевести оставшиеся нерастворимые минеральные элементы в доступную форму для питания растений.

«Мы показали, что пшеница, выращенная на питательном растворе, который приготовлен из минерализованных рыбных отходов и отходов жизнедеятельности человека, давала более высокий урожай по сравнению с тем, что получен при использовании только минерализованных выделений человека. Кроме того, рыбные отходы стали источником дополнительных минеральных элементов для пшеницы», — рассказал заведующий лабораторией управления биосинтезом фототрофов Института биофизики ФИЦ КНЦ СО РАН профессор, доктор биологических наук Александр Аполлинарьевич Тихомиров.

В дальнейшем красноярские биофизики предполагают включить в процесс минерализации другие типы отходов, например, бытовые — упаковочные и санитарно-гигиенические материалы. Разработка физико-химического метода окисления отходов жизнедеятельности человека и растений с последующим их вовлечением в круговоротный процесс применительно к замкнутым экосистемам поддержана грантом Российского научного фонда. Долгосрочные исследования по разработке замкнутой системы жизнеобеспечения нового типа, в частности работы по минерализации рыбных отходов и их использованию для питательного раствора, выполняются в рамках государственного задания по программе фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013—2020 годы.