Ein Team von Wissenschaftlern des Zentrums für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM), der Umweltverfahrenstechnik der Universität Bremen sowie des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat einen bedeutenden Fortschritt auf dem Weg zu einer unabhängigen Marsmission erzielt. Sie entwickelten ein innovatives Düngemittel aus Ressourcen, die direkt auf dem Mars verfügbar sind. Dieses Düngemittel basiert auf Cyanobakterien, einer Gruppe von Mikroorganismen, die auch als Blaualgen bekannt sind.
Cyanobakterien bieten eine Vielzahl von Vorteilen, die sie ideal für die Nutzung auf dem Mars machen. Sie sind in der Lage, Kohlendioxid aus der dünnen Marsatmosphäre zu absorbieren, Sauerstoff zu produzieren und wichtige Nährstoffe aus dem Marsboden zu extrahieren. Um das Düngemittel herzustellen, wurden diese Mikroorganismen in einer kontrollierten Umgebung gezüchtet, die mit simulierten Marsressourcen, insbesondere einem künstlich erzeugten Regolith, angereichert war. Der Regolith ist eine nachgebildete Form des Marsgesteins und bildet die Grundlage für das Wachstum der Cyanobakterien.
Ein entscheidender Schritt in der Entwicklung dieses Düngemittels war der anaerobe Vergärungsprozess, bei dem die Cyanobakterien von speziellen Mikroben in einen nährstoffreichen Gärrest umgewandelt wurden. Dieser Prozess findet ohne Sauerstoff statt und nutzt ausschließlich Materialien, die potenziell vor Ort auf dem Mars verfügbar sind. In einer kürzlich im Chemical Engineering Journal veröffentlichten Studie wurde dieser Vergärungsprozess weiter optimiert. Die Forscher fanden heraus, dass das Vorwärmen der Biomasse vor der Verarbeitung die Zersetzung beschleunigte. Eine ideale Betriebstemperatur von 35 Grad Celsius wurde ermittelt, um den Vergärungsprozess zu maximieren. Auch das Verhältnis zwischen der Menge der eingesetzten Biomasse und der Ammoniumausbeute erwies sich als konstant, was bedeutet, dass eine größere Menge an Cyanobakterien auch mehr Ammonium produziert, das für das Düngemittel von zentraler Bedeutung ist.
Der Düngemittelprototyp wurde erfolgreich für den Anbau der Wasserlinse (Lemna sp.) eingesetzt, einer schnell wachsenden und proteinreichen Pflanze, die in Südostasien seit langem als Nahrungsmittel verwendet wird. Besonders beeindruckend ist die Tatsache, dass aus nur einem Gramm getrockneter Cyanobakterien 27 Gramm frische, essbare Pflanzenmasse gewonnen werden konnten. Dies deutet auf das enorme Potenzial dieser Technologie hin.
Tiago Ramalho von der Universität Bremen beschreibt das Konzept als eine Art Gemüsegarten auf dem Mars, der vollständig mit lokalen Ressourcen betrieben wird, ohne dass Erde, Düngemittel oder Wasser von der Erde importiert werden müssen. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass eine Kreislaufwirtschaft im Weltraum realisierbar ist“, erklärt Ramalho.
Die Wasserlinse hat nicht nur vielversprechende Anwendungen in der Raumfahrt, sondern ist auch auf der Erde als nährstoffreiches Lebensmittel anerkannt. In der Europäischen Union wird sie bereits als Lebensmittel akzeptiert und gilt als potenzielles Superfood für die Zukunft. Darüber hinaus bietet das System einen weiteren Vorteil: Bei der Vergärung entsteht Methan, welches als Energiequelle genutzt werden kann.
„Diese Forschung zeigt, wie Pflanzen aus natürlichen Ressourcen auf dem Mars mithilfe von Mikroben als Zwischenprodukt kultiviert werden können“, sagt Prof. Cyprien Verseux, Leiter des Labors für angewandte Weltraum-Mikrobiologie am ZARM. „Sie könnte auch als Grundlage für eine nachhaltige Nahrungsmittelproduktion auf dem Mars dienen.“
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Entwicklung von Düngemitteln aus Cyanobakterien einen vielversprechenden Schritt in Richtung autonomer Marsmissionen darstellt. Diese Technologie bietet nicht nur die Möglichkeit, Nahrungsmittel im Weltraum zu produzieren, sondern trägt auch zur Schaffung eines geschlossenen ökologischen Kreislaufs bei, der für zukünftige interplanetare Kolonien von entscheidender Bedeutung sein könnte.
