Die NASA hat ihre Planung abgeschlossen und ist startklar. Menschen werden bald zum Mond zurückkehren – diesmal in einer bemannten Basis. Aber wenn dieses Projekt erfolgreich sein soll, müssen Astronauten in der Lage sein, ihre eigene Nahrung anzubauen. Norwegische Forscher sind dabei, dies zu ermöglichen.
Der „Mondboden“ oder Regolith, wie Geologen ihn nennen, ist im Wesentlichen ein Pulver, in dem es schwierig ist, Pflanzen anzubauen. Als ob dies nicht genug wäre, zeichnet sich der Mond durch Temperaturen aus, die tagsüber 200 Grad erreichen und nachts auf bis zu minus 183 Grad fallen können.
Das sagt SINTEF-Forscherin Galina Simonsen. Trotzdem glauben Simonsen und ihre Kollegen im Rahmen des internationalen Projekts LunarPlant, das von NTNU Social Research und dem Center for Interdisciplinary Research in Space (CIRiS) geleitet wird, dass es möglich sein wird, Nahrungspflanzen anzubauen Auf dem Mond.
Die Bewältigung dieser Herausforderung erfordert eine rationale Nutzung der verfügbaren Ressourcen, kombiniert mit ausreichend Licht und einer künstlichen Atmosphäre. Es muss auch ein Ersatz für fruchtbaren Boden gefunden werden.
„Vielleicht haben Sie schon von Hydroponik gehört“, sagt Simonsen. „Dies ist eine Methode, Pflanzen im Wasser zu züchten, was durchaus möglich ist, wenn das Wasser ausreichend Nährstoffe enthält. Die Anwendung dieser Methode ist für den Erfolg dieses Projekts unerlässlich“, erklärt sie.
Wie viel Wasser gibt es auf dem Mond?
„Radardaten zeigen, dass die Polarregionen des Mondes mehr als 600 Milliarden Kilogramm Eis enthalten“, sagt Simonsen, „das reicht aus, um etwa 240.000 olympische Schwimmbecken zu füllen. Das ist viel weniger als wir auf der Erde haben, aber es wird ausreichen um es den Menschen zu ermöglichen, ein gewisses Maß an Aktivität aufrechtzuerhalten. Das Eis wird geschmolzen, um Wasser zu bilden, das zum Anbau von Nahrungspflanzen verwendet wird“, erklärt sie.
Pflanzen im Wasser zu züchten setzt jedoch voraus, dass das Wasser ausreichend Nährstoffe enthält. Der „Dünger“, der auf dem Mond verwendet wird, wird tatsächlich von den Astronauten selbst in Form von menschlichem Abfall – ihrem Urin – bereitgestellt. Denn dieses Projekt basiert auf der zirkulären Nutzung von Ressourcen.
Hier hält der Begriff „flüssiges Gold“ Einzug. Gartenbegeisterte unter den Gemini-Lesern werden wissen, dass dies die Bezeichnung für mit Wasser verdünnten Urin ist. So manches Blumenbeet wurde durch mehr als ein paar Tropfen „flüssiges Gold“ zum Blühen gebracht. Es wird jedoch normalerweise nicht empfohlen, Urin als Dünger für Pflanzen zu verwenden, die für den menschlichen Verzehr bestimmt sind. Eine der Herausforderungen in diesem Projekt besteht darin, herauszufinden, wie wir diese Ressource sicher nutzen können.
„Barrieren im Zusammenhang mit der Verwendung von Urin als Düngemittel sind die strengen Vorschriften für die Verwendung menschlicher Ausscheidungen im Anbau von Nahrungspflanzen“, erklärt Simonsen. „Außerdem ist der Umgang mit menschlichem Urin generell unangenehm, verbunden mit dem Geruch und der Tatsache, dass dadurch langlebige organische Umweltgifte und Spurenmetalle freigesetzt werden“, sagt sie.
Pflanzen, die in „flüssigem Gold“ angebaut werden, müssen sorgfältig und genau analysiert werden, um sichere Grenzwerte für die Zulassung als Nahrungsquelle zu ermitteln. Außerdem müssen die Pflanzen selbst ausreichend Nährstoffe enthalten.
„Es könnte möglich sein, einige Nährstoffe für das Pflanzenwachstum aus dem Mond-Regolith (dem Mondboden) zu extrahieren“, sagt Simonsen. „Aber diese sind etwas mager. Urin kann Stickstoff, Kalium und Phosphor liefern. Wenn Sie Salatpflanzen anbauen, können Sie auch andere essbare Pflanzen anbauen, die bei der Regulierung sowohl der Wasserqualität als auch des Nährstoffhaushalts im System helfen können“, sagt sie sagt.
Boden? Echte Böden finden wir nur auf der Erde
Ein weiterer Aspekt des LunarPlant-Projekts konzentriert sich auf den Boden. Oder, genauer gesagt, im Fall des Mondes, der fehlende Boden. Der Boden auf der Erde liefert nicht nur Nährstoffe – er ist auch der Lebensraum, in dem die Pflanzen „leben“.
„Wir versuchen herauszufinden, wie wir die Pflanzen zum Wachsen bringen können, ohne dass sie zusammenbrechen“, sagt Simonsen. „Dabei geht es darum, ein Wachstumsmedium zu identifizieren, das es Pflanzen ermöglicht, ein Wurzelsystem zu entwickeln, das ihnen eine angemessene Unterstützung bietet“, sagt sie.
Um aufrecht zu stehen, bevorzugen Pflanzen etwas Festes, in das sie ihre Wurzeln treiben können. Derzeit wird Steinwolle von einigen hydroponischen Gärtnern verwendet. Aber Steinwolle ist kein nachhaltiges Material, zumindest nicht auf dem Mond.
„Der Versand von Steinwolle zum Mond könnte bis zu 20 Millionen NOK pro Kilo kosten“, erklärt Simonsen. „Aus diesem Grund ist es wichtig, dass wir ein Material verwenden können, das vollständig zirkulär ist. Es muss leicht und multifunktional sein. Mit anderen Worten, ein Material, das erst für einen anderen Zweck als als Wachstumsmedium verwendet werden kann.“ Sie sagt.
Daher haben die Forscher in Zusammenarbeit mit dem technischen Forschungszentrum VTT in Finnland ein Substrat entwickelt, das als Stützkragen für die wachsenden Pflanzen fungiert.
Das Substrat ist nämlich eine auf Zellulose basierende Alternative zu Erde und Steinwolle. Die Zellulose wird von Pflanzen oder genauer gesagt aus Pflanzenabfällen hergestellt. Das Substrat kann zunächst als Isolationsmaterial für den sicheren Transport lebenswichtiger und empfindlicher Geräte dienen, die von der Erde zum Mond transportiert werden müssen. Bei seiner Ankunft kann es als Wachstumsmedium wiederverwendet werden.
Bisher waren die Ergebnisse vielversprechend.
„Wir beobachten, dass sich das Substrat im wässrigen Nährmedium nicht auflöst. Seine Bestandteile sind außerdem pflanzenfreundlich und frei von Chemikalien, die sich negativ auf das Pflanzenwachstum oder die Lebensmittelsicherheit auswirken könnten“, sagt Simonsen.
Aber hat das System irgendwelche Einschränkungen?
„Ja“, antwortet Simonsen. „Die Anwendung ist auf bestimmte Pflanzenarten beschränkt. Nur wenige Pflanzen können hydroponisch angebaut werden, wie Tomaten, Gurken, Erdbeeren und Salatgemüse. Andere, wie Wurzelgemüse, können mit dieser Methode nicht angebaut werden“, erklärt sie.
Von der Ölindustrie lernen
Das Substrat ist also essentiell, aber es ist auch wichtig zu wissen, wie sich das darin enthaltene Wasser verhält. Einige Pflanzen mögen es zum Beispiel nicht, „ihre Füße zu nass zu bekommen“.
„Das Wasser darf nicht stagnieren“, sagt Simonsen. „Es muss immer ausreichend Wasser fließen. Sowohl Luft als auch Wasser müssen effizient durch das Material transportiert werden, um ein gesundes Pflanzenwachstum zu gewährleisten. Das Substrat muss ausreichend robust sein, um eine voll entwickelte Pflanze zu tragen und gleichzeitig die Wurzeln zu befähigen ungehindert wachsen“, sagt sie.
Um herauszufinden, wie das passiert, haben sich die Forscher Know-how aus der Ölindustrie geholt, und die Modellierung von Mehrphasenströmungen hat sich als sehr nützliches Werkzeug erwiesen.
„Technologien für den Öl- und Gastransport haben sich als übertragbar erwiesen“, sagt Simonsen. „Die Methoden, die wir für den flüssigen Kohlenwasserstofftransport in großen Anlagen anwenden, lassen sich auf die Mechanismen übertragen, die in winzigen Strukturen wie diesen Pflanzensubstraten arbeiten“, sagt sie
„Unser Ziel ist es, ein digitales Modell zu konstruieren, das die verschiedenen Faktoren simuliert, die das Verhalten des Substrats beeinflussen“, erklärt Simonsen. „So können wir Simulationen unter Bedingungen durchführen, die mit denen auf dem Mond identisch sind, einschließlich des Effekts der Schwerelosigkeit“, sagt sie.
Können wir mit dieser Technologie auch Pflanzen in lebensfeindlichen Regionen der Erde anbauen?
„Auf jeden Fall“, sagt Simonsen. „Diese Anbaumethode ist überall anwendbar und besonders wichtig im Kontext der Ressourcennutzung. Urin enthält Phosphor, eine nicht erneuerbare Ressource, und Steinwolle, die heute vielfach verwendet wird, ist nicht biologisch abbaubar, “ Sie sagt.