回收利用太空中的人造廢物

【摘要】想像你正在前往火星，而在太空行走時你會失去一個關鍵的工具。不用擔心，您只需重新輸入您的航天器，并使用一些微生物將尿液和二氧化碳（CO2）轉化為新的化學物質。科學家們正在開發延長太空旅行航程的方法，這是研究長途太空旅行的目標之一。

【圖注】未來可以從長途太空旅行中回收利用人造廢物。

宇航員不能在太空中占用大量備件，因為每增加一盎司會提高逃離地球重力所需的燃料成本。Mark A. Blenner博士說：“如果宇航員要進行幾年的旅程，我們需要找到一種回收利用人造廢物的方法。這將使原子經濟變得非常重要。”

解決方案在于宇航員本身，他們將不斷地從呼吸，飲食和使用材料中產生廢物并浪費資源。Blenner說，與地球上不同，太空中盡量不要丟棄任何廢物分子。所以他和他的團隊正在研究如何重新利用這些分子，并把它們轉化成宇航員所需要的產品，如聚酯和營養物質。

Clemson大學的Blenner說，一些必需的營養素，如ω-3脂肪酸，保質期只有幾年。他們需要在發射后幾年開始準備該營養素，或在目的地直接進行合成。他說：“只要擁有一個生物系統，宇航員就可以從廢物的休眠狀態將其喚醒，開始生產他們所需要的，他們的需要是我們項目的動機。”

Blenner的生物系統包括酵母解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）的各種菌株。這些生物需要氮和碳的生長。Blenner的研究小組發現酵母可以在未處理的尿液，從尿素中獲得氮。同時，酵母可以從二氧化碳中獲取碳，這可以來自宇航員呼出的氣息，也可以來自火星的氣氛。但是得使用二氧化碳，酵母需要一個介質將碳“固定”成可以吸收的形式。為此，酵母需要依賴研究人員提供的光合藍細菌或藻類。

?酵母菌產生的ω-3脂肪酸菌株，有助于心臟，眼睛和大腦的健康。另一種菌株已被攪拌成單體狀，并將它們連接成聚酯聚合物。然后可以將這些聚合物用于3-D打印機中可產生新的塑料部件。Blenner的團隊正在繼續設計這種酵母菌株以產生可以聚合成具有一系列性質的不同類型聚酯的各種單體。

目前，工程酵母菌株只能生產少量的聚酯或營養成分，但科學家正在努力提高產量。他們還在尋找地球上的應用，諸如養魚和人類營養等領域。例如，通過水產養殖的魚需要給予ω-3脂肪酸補充劑，這可以由Blenner的酵母菌株產生。

“雖然其他研究團體也在研究酵母，但他們并沒有采取相同的做法。例如，來自DuPont的一個團隊已經在使用酵母來制造水產養殖中的ω-3脂肪酸，但是它的酵母飼料是精制糖而不是廢物”，Blenner說。同時，另外兩個團隊是制作聚酯的工程酵母。然而，與Blenner的團隊不同，他們并不是為了優化生產聚酯類型而設計生物體。

無論他們的做法如何，這些研究人員都在擴展關于解脂耶氏酵母的知識體系，該項研究比啤酒生產中使用的酵母要少得多。Blenner說：“我們正在學習解脂耶氏酵母與其他酵母在遺傳學和生物化學性質上的明顯差異。每一個新生物體都有一些你必須關注和理解的奇特性。”

文獻鏈接：Turning human waste into plastic, nutrients could aid long-distance space travel?

本文由材料人編輯部LoswimM編輯，點我加入材料人編輯部。

材料測試，數據分析，上測試谷。