De planeet warmt op, de oceanen oxideren, de bossen van de Amazone staan in brand en de Noordpool is bedekt met microplastics in plaats van sneeuw. De schade van de mensheid, zeggen experts, is zo groot dat er al een wereldwijde ecologische catastrofe is begonnen. Zelfs optimisten vinden het moeilijk te ontkennen dat onze ecologische voetafdruk meer lijkt op de voetafdrukken van zware schoenen die we vertrappelen over het aangezicht van de planeet. Tegen deze sombere achtergrond rijst een redelijke vraag: is het niet roekeloos om grote hoeveelheden geld weg te gooien om mensen de diepe ruimte in te sturen, naar andere werelden? Of misschien is dit juist een cynische oplossing voor de dringende problemen van een planeet die in een neerwaartse spiraal terechtkomt?
Desalniettemin kan ruimtevaart de mensheid veel meer bieden dan alleen een levensreddend rietje voor excentrieke miljardairs. Of het nu moderne ruimtevaartuigen in een lage baan om de aarde zijn of toekomstige buitenposten op de maan of Mars, we zullen de levenscyclus buiten onze planeet op de een of andere manier moeten reproduceren. En voor huidige en toekomstige ruimtevluchten zijn technologieën met een gesloten kringloop en universele verwerking nodig - ze zullen zorgen voor een onuitputtelijke stroom van water, lucht en voedsel.
Aan de andere kant weten we al hoe we de planeet in gevaar brengen en wat eraan moet worden gedaan. "Alle tools die je nodig hebt voor duurzaam leven zijn hier en nu", zegt Kate Marvel, klimatoloog aan Columbia University en NASA-medewerker. "Ja, we kunnen het probleem van klimaatverandering nog steeds niet oplossen, maar helemaal niet omdat we ons aangetrokken voelen tot de ruimte." Ruimtevluchten alleen kunnen de aarde niet redden, en nog meer met naïeve dromen om hun thuisplaneet te verlaten.
Landbouw Tin Can
Het is onmogelijk om te overleven zonder technologische innovatie in de ruimte, maar beslissingen uit het verleden waren van puur tijdelijke aard. Denk maar aan de reeks bemande vluchten van NASA op het Apollo-ruimtevaartuig - hun maximale duur bedroeg 12 dagen. Maar verandering is net om de hoek: de regering-Trump belooft tegen 2024 op de maan te landen. Luke Robertson, senior vluchttestwetenschapper bij NASA's Kennedy Space Center, zegt dat het bureau van plan is om tegen 2028 duurzame infrastructuur op het maanoppervlak te bouwen, waarvoor langdurige, hernieuwbare opslag van voedsel, lucht en water nodig is.
Sommige van deze technologieën gaan verder dan de ruimtevaart. Uiteindelijk migreerden nogal wat uitvindingen van ruimteagentschappen naar de commerciële sector. Neem bijvoorbeeld een aantal milieuvriendelijke projecten, waaronder duurzame olieproductie en het gebruik van ledverlichting bij de teelt van gewassen.
Oogsten in de ruimte is geen triviale taak. Dus technologieën zoals speciale verlichting en geavanceerde sensoren spelen een sleutelrol aan boord van het International Space Station (ISS), waar energiezuinige methoden zoals het Veggi-systeem worden gebruikt om voedsel te produceren, legt NASA-teler Gioia Massa uit. LED's voor plantengroei werden voor het eerst gebruikt in de jaren tachtig als onderdeel van NASA-experimenten. Tegenwoordig, merkt Massa op, bespaart deze technologie enorme hoeveelheden energie bij de productie van kasgewassen.
Promotie video:
NASA werkte ook samen met Florikan. Dit bedrijf ontwikkelt polymeergecoate meststoffen die voedingsstoffen langzaam en geleidelijk afgeven. Dit helpt de afvoer van kunstmest in het milieu te verminderen en milieuschade te verminderen. Meststoffen, zegt Massa, zijn met succes gebruikt in de ruimte en hebben zich goed bewezen op het ISS. Hoewel ze bedoeld zijn voor verder gebruik in de ruimte, worden ze ook met succes gebruikt in de commerciële landbouw.
Sommige milieu-innovaties zijn alleen tot stand gekomen omdat NASA werkt aan verantwoord milieubeheer, zegt Daniel Lockney, hoofd technologieoverdracht. Ruimteapparatuur bouwen op aarde is een rommelige zaak. Brandstoffen, verf, oplosmiddelen en andere giftige materialen kunnen in het milieu vrijkomen. Dit is de reden waarom NASA geëmulgeerd nul-valentie-ijzer (EZVI) heeft ontwikkeld, een materiaal dat "kleeft" aan gechloreerde oplosmiddelen in grondwater. Het werd aanvankelijk gebruikt om lanceerplaatsen op te ruimen, maar is geleidelijk aan gebruikt in chemische fabrieken en sterk vervuilde locaties in het kader van het Superfund-programma van de overheid.
Kosmonauten en aardbewoners hebben behoefte aan drinkwater. Bij vergiftigd water komen jaarlijks miljoenen mensen om, en alle middelen zijn goed om deze tragedie te voorkomen.
Een goed voorbeeld van hoe NASA dit probleem kan oplossen, is de microbiologische terugslagklep. Het systeem is oorspronkelijk ontwikkeld voor Amerikaanse ruimtevaartuigen, maar de verbeterde versie is aan boord van het ISS geïnstalleerd en voorkomt passief dat schadelijke microben de drinkwatertanks binnendringen. Andere aanpassingen zijn werken op aarde, het water schoon houden in vervuilde gebieden zonder toegang tot elektriciteit - en in tandartspraktijken. (Onthoud de vloeistof waarmee u uw mond spoelt nadat u naar uw arts bent gegaan? Welnu, dit water heeft dezelfde reiniging ondergaan om het risico op orale infecties te minimaliseren.)
Roberson en Melanie Pickett, een NASA-wetenschapper met een PhD, werken aan waterzuiveringssystemen voor ruimtevaart, waaronder het ISS. Afvalwater wordt nu gezuiverd met chemicaliën. "Maar deze chemicaliën zijn niet duurzaam", zegt Roberson. Het systeem vereist een constante aanvulling van de aarde. Hij en Pickett ontwikkelen nieuwe systemen die planten en microben gebruiken om afval te verwerken. Uiteindelijk zal dit een nieuw woord blijken te zijn in het werk van toiletten en septic tanks op aarde.
Net als bij water is het niet eenvoudig om van ademende lucht een grenzeloze bron in de ruimte te maken. Op het ISS wordt zuurstof traditioneel gewonnen uit water - het moet constant van de aarde worden aangevoerd, wat duur en verkwistend is. Sinds 2018 probeert de European Space Agency (ESA) de zaken te veranderen met een nieuw, geavanceerd gesloten-lussysteem dat koolstofdioxide uit de atmosfeer van het ruimtestation verwijdert, zuurstof afgeeft om ademlucht aan te vullen en water bespaart.
Hoewel op onevenredig grote schaal en met verschillende operationele vereisten, zullen koolstofafvangsystemen zeer nuttig zijn op aarde als onderdeel van een alomvattende oplossing voor klimaatproblemen. Technologie die voor de ruimte is ontwikkeld, werkt misschien wel op aarde.
Willekeurige extra effecten
Een van de belangrijkste principes van al deze innovaties is dat er niets wordt verspild. In de ruimte, merkt Massa op, wordt zelfs afval als een waardevolle hulpbron beschouwd en het is roekeloos om zich ervan te ontdoen. Dit is de basis voor closed-loop systemen: idealiter worden alle componenten zonder uitzondering verwerkt en ontstaat er helemaal geen afval. Stel je een afgesloten terrarium voor waar ecosystemen van miniatuurplanten tientallen jaren leven en gedijen zonder de minste inmenging van buitenaf.
Het Microecological Life Support System Alternative of Melissa (MELiSSA) project volgt dit principe strikt. Met de hulp van een continu verbeterde proeffabriek in Barcelona werkt dit project, onder auspiciën van de European Space Agency (ESA), aan het creëren van een gesloten biologisch levensondersteunend systeem.
De proeffabriek, die fotosynthese gebruikt om afval te verwerken, lucht te zuiveren, zuurstof te leveren en voedsel te produceren, wordt niet bewoond door astronauten, maar door ratten. Tijdens haar werk zijn al verschillende generaties dieren veranderd, en tot dusver zijn er geen slachtoffers onder gevallen. Een aantal Melissa-gerelateerde experimenten - bijvoorbeeld Artemiss, om voedselbiomassa en zuurstof te produceren uit fotosynthese - worden met succes ingezet op het ISS.
Het project werd gelanceerd in 1989 om halverwege de jaren 2020 een levensondersteunend systeem te creëren voor de bemanning op een lange interplanetaire reis. De resultaten zijn veelbelovend, zegt Christophe Lasseur, hoofd van Melissa bij ESA. Dezelfde urinereinigingstechnologie kan bijvoorbeeld worden toegepast in afgelegen gebieden en rampgebieden, waardoor geld wordt bespaard op het kostbare transport van drinkwater van veraf.
Verheven idealen zijn één ding, maar het criterium van alle waarheid is de praktijk. Niet alle innovaties komen tot stand en bovendien is het zeker niet van de ene op de andere dag. Zoals Robertson uitlegt, duurt het gemiddeld zeven tot tien jaar voordat zijn eigen uitvindingen een commercieel niveau bereiken. Melissa is ontworpen voor 50 jaar.
We moeten geduld hebben. "Eigenlijk is dit heel vooruitziend", zegt Lockney. “We twijfelen er niet aan dat het water nat is. Dus investeren in nieuwe experimenten zal ons vroeg of laat uitvindingen opleveren die de hele mensheid ten goede zullen komen."
De innovaties onderstrepen alleen de noodzaak om te investeren in ontwerp- en ontwikkelingswerk. "Het meest merkwaardige van de wetenschap is dat je nooit weet wat er uiteindelijk zal gebeuren", zegt Marvel. Uiteindelijk vermoedde niemand dat het internet en de Large Hadron Collider uit hetzelfde streven zouden blijken.
Afgezien van de lange doorlooptijden en het element van onvoorspelbaarheid, heeft astronautica al bijgedragen aan het creëren van een reeks effectieve (zo niet revolutionaire) consumententechnologieën. Waarom zijn ze nog steeds weinig bekend bij het grote publiek? Chad Anderson, CEO van durfkapitaalgroep Space Angels, gelooft dat een deel hiervan kan worden toegeschreven aan slechte marketing.
Anderson is van mening dat technologieoverdracht vanuit de ruimte heeft geleid tot aanzienlijke vooruitgang in duurzame productie, evenals in meer alledaagse gebieden van transport, gezondheidszorg en communicatie. Het probleem is dat ruimteagentschappen er niet in slagen hun succesverhalen effectief aan het grote publiek te adverteren. "Ruimtebedrijven zijn berucht vanwege hun gebrekkige zelfpromotie", zegt Anderson.
Ironisch genoeg, zegt Anderson, weerspiegelt het aanpakken van de huidige situatie een nog grotere uitdaging. Neem bijvoorbeeld NASA's bedrijfspublicatie Spinoff magazine, dat sinds 1976 technologische innovaties behandelt. Ondanks zijn solide stamboom blijft het tijdschrift een zeer gespecialiseerde en ontoegankelijke publicatie - het wordt bijna nooit gelezen en velen hebben er nog nooit van gehoord. Om het publiek te interesseren en de algemene lezer te bereiken, beveelt Anderson aan om de relatie tussen ruimtevaart en het dagelijks leven duidelijker te benadrukken.
Schat, ik heb de planeet verkleind
Hoe het ook zij, milieu-innovatie is welkom, maar we kunnen niet alleen op technologische oplossingen vertrouwen. Het land is redelijk leefbaar, zegt Marvel, en er is niets om naar blikken te verhuizen. Gelukkig stellen sommige projecten ons niet alleen in staat om in de ruimte te overleven, maar helpen ze ons ook om onze eigen planeet beter te leren kennen.
Neem de beroemde Biosphere 2 in Arizona. In de jaren negentig vond hier een baanbrekend experiment plaats: zorgvuldig geselecteerde mannen en vrouwen werden twee jaar in een soort geïsoleerde habitat geplaatst om de ontwikkeling van hun relaties en ecosystemen te observeren (ervan uitgaande dat "Biosphere-1" de aarde is).
Hoewel het grootste deel van "Biosphere-2" werd herinnerd als een episode waarin het zuurstofniveau zo sterk daalde dat het leven van de bewoners in gevaar was en tussenkomst van buitenaf nodig was, was het experiment succesvoller dan het lijkt. Wetenschappers hebben veel begrepen over de levensondersteunende systemen van de aarde, en verschillende wetenschappelijke werken stroomden als een hoorn des overvloeds. Dit was in feite het idee: de verschillende systemen van de aarde begrijpen om de planeet beter te beheren, legt John Adams uit, de huidige adjunct-directeur van de faciliteit, die later werd overgedragen aan de Universiteit van Arizona.
Tegenwoordig reproduceert de site verschillende modelecosystemen - van naturalistische regenwouden tot de oceanische massa. Door de verschillende elementen van deze ecosystemen samen en individueel te manipuleren, proberen wetenschappers te begrijpen hoe hun echte tegenhangers werken (en kapot gaan).
Op dezelfde plaats, maar niet in het kader van het oorspronkelijke experiment "Biosphere-2", functioneert het Observatorium voor Landschapsevolutie. Het bestaat uit drie massieve constructies gebouwd op de helling van vulkanisch basalt, die in veel opzichten op het terrein van Mars lijkt. Peter Troch, wetenschappelijk directeur van Biosphere 2, legt uit dat het observatorium helpt te begrijpen hoe je van een levenloos landschap iets duurzaams kunt maken. "Typisch zijn de fysieke en biologische werelden nauw aan elkaar gelast, en het is niet gemakkelijk om ze te scheiden om de dynamiek van hun relaties te begrijpen en ze weer te verbinden", zegt Adams. Het Observatorium voor Landschapsevolutie is bedoeld voor deze "ecologische opening".
Hoewel dit werk zich primair richt op de ruimteomgeving, merkt Troch op, kan de opgedane kennis helpen om de meest ernstig aangetaste ecosystemen op aarde te herstellen. "Of we nu in de ruimte of op aarde zijn, we lossen dezelfde problemen op", zegt Daniele Laurini, hoofd van ESA's onderzoekssystemen.
Begrip van de aarde staat hier voorop. "Als we nog steeds niet begrijpen hoe de aardse systemen werken, waardoor we leven en waarvan we afhankelijk zijn, waarom dachten we dan dat we ze zouden kunnen recreëren?" Adams vraagt.
Ruimtetechnologieën spelen zeker een sleutelrol - en niet alleen in levensondersteunende systemen. Dankzij dezelfde satellieten observeren we de planeet immers al tientallen jaren met een ongekend detailniveau. Voor klimatologen en milieuactivisten was dit een keerpunt, merkt Marvel op.
Maar als we de aarde levensvatbaar houden - en we zijn al behoorlijk in staat om deze crisis op te lossen - wat heeft het dan voor zin om naar de sterren te streven? We kunnen zuurstof produceren op Mars, zodat we iets kunnen ademen, of sla op de maan laten groeien zodat we iets hebben, maar de aarde heeft ons dit allemaal al gegeven, zegt Massa. Misschien, mijmert ze, zullen de uitdagingen van het overleven in de ruimte ervoor zorgen dat mensen meer waarderen van de dingen die we thuis als vanzelfsprekend beschouwen.
Robin George Andrews