I extrema miljöer, även de vanligaste uppgifterna kan verka som oöverstigliga utmaningar. På grund av sådana svårigheter, mänskligheten har, för det mesta, bosatte sig på grunder som var gynnsamma för skörd av grödor, valla boskap, och bygga skyddsrum. Men när vi försöker utöka gränserna för mänsklig utforskning, både på jorden och i rymden, de människor som banar väg för detta sökande kommer utan tvekan att möta förhållanden som, för alla avsikter och ändamål, inte främjar människors boende.

En av de främsta utmaningarna för alla avsedda långsiktiga uppgörelser, vare sig det är i Antarktis eller på Mars (kanske inom en snar framtid), uppnår en viss grad av självständighet, att möjliggöra för isolerade kolonier att överleva även vid katastrofalt misslyckande i tillhandahållandet. Och nyckeln till att uppnå denna autonomi är att säkerställa mattillräcklighet och självförsörjning. Inte överraskande, därför, rymdjordbruksteknologi är ett av de forskningsämnen som för närvarande genomförs av Research Center for Space Colony vid Tokyo University of Science. Forskarna här hoppas kunna gå i spetsen för den tekniska utvecklingen för ett säkert och hållbart rymdjordbruk – med syftet att upprätthålla människor under lång tid i en extremt sluten miljö som en rymdstation.

För detta ändamål, en innovativ studie genomfördes av ett team av japanska forskare under ledning av junior docent Norihiro Suzuki från Tokyo University of Science - denna studie, publicerat som ett "brev, " gjorde framsidan av den prestigefyllda New Journal of Chemistry av Royal Society of Chemistry. I den här studien, Dr Suzuki och hans team hade som mål att ta itu med problemet med livsmedelsproduktion i slutna miljöer, som de i en rymdstation.

Att inse att bönder har använt animaliskt avfall som gödningsmedel i tusentals år, som en rik källa till kväve, Dr. Suzuki och hans team har undersökt möjligheten att tillverka den från urea (huvudkomponenten i urin), att göra ett flytande gödningsmedel. Detta skulle också samtidigt ta itu med problemet med mänskligt avfallshantering eller hantering i rymden! Som Dr Suzuki förklarar, "Denna process är av intresse ur perspektivet att göra en användbar produkt, dvs. ammoniak, från en avfallsprodukt, dvs. urin, med vanlig utrustning vid atmosfärstryck och rumstemperatur. "

Forskargruppen – som också inkluderar Akihiro Okazaki, Kai Takagi, och Izumi Serizawa från ORC Manufacturing Co. Ltd., Japan - utarbetade en elektrokemisk process för att härleda ammoniumjoner (vanligt förekommande i standardgödselmedel) från ett artificiellt urinprov. Deras experimentupplägg var enkelt:å ena sidan, det fanns en reaktionscell, med en bor-dopad diamant (BDD) -elektrod och en ljusinducerbar katalysator eller "fotokatalysator" -material av titandioxid. På den andra, det fanns en "mot"-cell med en enkel platinaelektrod. När ström passerar in i reaktionscellen, urea oxideras, bildar ammoniumjoner. Dr Suzuki beskriver detta genombrott enligt följande, "Jag gick med i 'Space Agriteam' involverat i livsmedelsproduktion, och min forskningsinriktning är fysikalisk kemi; därför, Jag kom på idén att "elektrokemiskt" göra ett flytande gödningsmedel."

Forskargruppen undersökte sedan om cellen skulle vara mer effektiv i närvaro av fotokatalysatorn, genom att jämföra cellens reaktion med och utan den. De fann att medan den initiala utarmningen av urea var mer eller mindre densamma, de kvävebaserade jonerna som producerades varierade både i tid och fördelning när fotokatalysatorn infördes. I synnerhet, koncentrationen av nitrit- och nitratjoner var inte lika förhöjd i närvaro av fotokatalysatorn. Detta antyder att närvaron av fotokatalysatorn främjade ammoniumjonbildning.

Dr Suzuki säger, "Vi planerar att utföra experimentet med faktiska urinprover, eftersom det inte bara innehåller primära element (fosfor, kväve, kalium) men också sekundära grundämnen (svavel, kalcium, magnesium) som är avgörande för växtnäring! Därför, Dr Suzuki och hans team är optimistiska att denna metod ger en solid grund för tillverkning av flytande gödselmedel i slutna utrymmen, och, som. Dr Suzuki konstaterar, "Det kommer att visa sig vara användbart för att upprätthålla långvarig vistelse i extremt stängda utrymmen som rymdstationer."

Människor som bor på Mars kan fortfarande vara en ganska avlägsen verklighet, men den här studien verkar säkert antyda att vi skulle kunna vara på väg att säkerställa hållbarhet – i rymden – även innan vi faktiskt kommer dit!