Nutrienti e Vita nello Spazio: Il Sistema MELiSSA

Le missioni spaziali di lunga durata rappresentano una grande sfida, non solo per le tecnologie utilizzate ma anche per la necessità di mantenere in vita l'equipaggio in ambienti isolati. Uno degli aspetti fondamentali di questo compito è la gestione dei rifiuti organici e la produzione di nutrienti utili per la coltivazione di piante che possano fornire ossigeno, acqua pulita e alimenti freschi. A questo scopo, l'Agenzia Spaziale Europea (ESA) ha sviluppato il sistema noto come MELiSSA (Micro-Ecological Life Support System Alternative), che si propone di riciclare i rifiuti per sostenere la vita durante le missioni spaziali a lungo termine.

Cos'è il Sistema MELiSSA?

Il sistema MELiSSA si basa sulla creazione di un ciclo chiuso, simile a un ecosistema naturale, in cui diversi compartimenti svolgono il compito di trattare i rifiuti prodotti dall'equipaggio e riciclarli in forme utili per la crescita delle piante. Questo approccio consente di recuperare elementi come il carbonio, l'azoto, il fosforo e altri nutrienti essenziali dai rifiuti organici, rendendoli nuovamente disponibili per le piante che, a loro volta, forniscono cibo e ossigeno per l'equipaggio.

Riciclo dei Nutrienti: Come Funziona?

Nel sistema MELiSSA, i rifiuti prodotti dall'equipaggio, come urina, feci e residui alimentari, vengono raccolti e trasformati attraverso diversi processi per recuperare i nutrienti. Ad esempio, il compartimento per la degradazione dei rifiuti solidi (C1) utilizza batteri termofili per scomporre la materia organica in anidride carbonica (CO₂), acidi grassi volatili e nutrienti minerali. La CO₂ viene poi utilizzata dalle piante per la fotosintesi, mentre gli acidi grassi e i nutrienti disciolti sono ulteriormente trattati per renderli disponibili alle piante coltivate in sistemi idroponici.
Un altro passaggio cruciale è la gestione dell'azoto. L'azoto è presente in diverse forme nei rifiuti organici e deve essere trasformato in nitrati per essere utilizzato dalle piante. Questa trasformazione avviene nel compartimento C3, che contiene batteri nitrificanti come Nitrobacter e Nitrosomonas, che convertono l'ammonio in nitriti e poi in nitrati.

Sfide e Soluzioni per la Nutrizione delle Piante nello Spazio

Una delle maggiori sfide per la coltivazione delle piante nello spazio è la disponibilità e la gestione dei nutrienti. In un ambiente spaziale, infatti, i nutrienti devono essere forniti in forma solubile per essere trasportati dall'acqua alle radici delle piante. La presenza di microgravità rende complicato il movimento dell'acqua e dei nutrienti, riducendo l'efficienza del sistema di coltivazione.
Per superare questo problema, gli scienziati stanno sviluppando sistemi come il Plant Water Management, che utilizza condotti e tensione superficiale per garantire un corretto trasferimento dell'acqua alle radici anche in condizioni di microgravità. Inoltre, è fondamentale monitorare costantemente la composizione della soluzione nutritiva e il pH per garantire che le piante ricevano la giusta quantità di nutrienti, evitando eccessi o carenze.

Il Futuro delle Coltivazioni nello Spazio

Il progetto MELiSSA mira a creare un sistema completamente autosufficiente in cui le piante possano crescere utilizzando esclusivamente i nutrienti riciclati. Per raggiungere questo obiettivo, sarà necessario migliorare ulteriormente le tecniche di recupero dei nutrienti e sviluppare sensori avanzati per monitorare la crescita delle piante e la composizione della soluzione nutritiva. Gli scienziati stanno anche esplorando l'uso di batteri benefici per migliorare la tolleranza delle piante allo stress e ottimizzare l'assorbimento dei nutrienti.
L'uso dei nutrienti derivati dai rifiuti dovrà essere testato non solo in condizioni terrestri ma anche in ambienti sigillati e in condizioni di microgravità simulata, prima di essere impiegato effettivamente nelle missioni spaziali. L'obiettivo è garantire che le piante crescano in modo sano e siano in grado di fornire alimenti nutrienti e ossigeno all'equipaggio durante lunghe missioni nello spazio.

Conclusione

La ricerca su come riciclare i nutrienti dai rifiuti organici per la coltivazione delle piante nello spazio rappresenta un passo importante verso la creazione di sistemi di supporto vitale sostenibili per le future missioni su Marte e oltre. Il sistema MELiSSA è un esempio di come l'innovazione e la collaborazione internazionale possano contribuire a risolvere le sfide della vita nello spazio, garantendo agli astronauti un ambiente più sicuro e autosufficiente.
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