Solo se saremo capaci di comprendere come nutrirci e sostenerci potremo sopravvivere in ambiente extraterrestre. “Ecco perché i futuri coloni di Marte saranno astronauti-agricoltori, principalmente vegetariani”.
Ne abbiamo parlato con la Professoressa Stefania De Pascale, ordinaria presso il Dipartimento di Agraria dell’Università degli Studi di Napoli Federico II e autrice del libro “Piantare patate su Marte: il lungo viaggio dell’agricoltura”, edito da Aboca.
La nuova corsa all’esplorazione dello spazio che si sta sviluppando attraverso vari programmi, tra cui il programma ARTEMIS coordinato dalla NASA, prevede la realizzazione di basi sulla luna il cui rifornimento non potrà essere assicurato costantemente da terra come avviene sulla Stazione Spaziale Internazionale. Come sarà possibile assicurare la sopravvivenza nell’ambiente spaziale?
Il viaggio e la permanenza dell’uomo nello spazio per lunghi periodi presentano sfide uniche che richiedono soluzioni innovative e autosufficienti, poiché il rifornimento continuo dalla Terra non è praticabile come avviene sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS).
Le basi lunari previste dal programma ARTEMIS della NASA e le future basi marziane necessiteranno di sistemi biorigenerativi di supporto alla vita (BLSS), che integrano componenti biologiche per creare ecosistemi artificiali. Questi sistemi rappresentano l’evoluzione dei sistemi fisico-chimici attualmente in uso sull’ISS, grazie all’inserimento di organismi viventi (da cui il prefisso “bio”). I BLSS si basano sulle interazioni tra esseri umani, batteri decompositori, alghe, piante e batteri fotosintetizzanti. Ogni componente utilizza i prodotti di scarto degli altri come risorsa, formando un ciclo chiuso ideale. L’espressione “di supporto alla vita” indica che la loro funzione va oltre la semplice produzione di cibo.
In questi sistemi, le piante svolgono un ruolo fondamentale, in quanto sono in grado di: rigenerare l’aria assorbendo anidride carbonica ed emettendo ossigeno attraverso la fotosintesi; purificare l’acqua mediante la traspirazione, con acqua pura recuperata attraverso la condensazione in appositi circuiti; produrre cibo fresco per l’alimentazione, utilizzando parte dei prodotti di scarto dell’equipaggio (anidride carbonica dalla respirazione, feci e urine come fonte di elementi minerali) e la luce come fonte di energia; fornire substrato utile agli organismi decompositori attraverso gli scarti.
Inoltre, la presenza di piante ha dimostrato di avere un impatto positivo sul benessere psicologico degli astronauti, contribuendo a ridurre lo stress e la nostalgia di casa.
Le sfide agronomiche e tecnologiche da affrontare sono molteplici: dalla protezione dalle radiazioni cosmiche alla gestione della gravità ridotta, dalla selezione delle colture alla scelta di substrati di coltivazione adeguati, dall’ottimizzazione dell’illuminazione artificiale al controllo ambientale.
Foto: Prof.ssa Stefania De Pascale
Quello dell’agroalimentare e dello spazio sono due mondi che forse più di tutti rendono comprensibile l’importanza dell’applicazione dei principi dell’economia circolare. I rifiuti diventano una risorsa fondamentale da recuperare e riciclare. Un metodo di riciclo praticabile è attraverso la realizzazione di sistemi biorigenerativi, i cosiddetti BLSS (Bioregenerative Life Support Systems)”. Come funzionano? E ci sono o si stanno sviluppando anche altri metodi?
L’applicazione dei principi dell’economia circolare nello spazio è fondamentale per ridurre la dipendenza dalla Terra e rendere le missioni spaziali sostenibili, aprendo la strada a una presenza umana permanente. I BLSS utilizzano componenti biologiche per rigenerare risorse essenziali come acqua e ossigeno, producendo cibo in un ciclo chiuso ideale. In questo contesto, come ricordato, le piante non solo forniscono cibo, ma contribuiscono anche alla rigenerazione delle risorse. Per la coltivazione delle piante si potranno anche sfruttare le risorse disponibili in situ, per esempio, nel caso di Marte, l’anidride carbonica nell’atmosfera, l’acqua sotto forma di ghiaccio e il suolo marziano.
Il progetto REBUS (In-situ REsource Bio-Utilization for life Support system), un progetto di ricerca finanziato dall’ASI appena concluso, mirava a sviluppare un BLSS utilizzando anche le risorse locali su Luna o Marte, seguendo l’approccio ISRU (In-Situ Resource Utilization). Abbiamo studiato colture come grano, soia e tuberi, inclusa la patata, sperimentando la coltivazione su simulanti di regolite lunare e marziana.
Nel film The Martian, il protagonista usa un po’ di terra portata dalla Terra e concime naturale (le feci dell’equipaggio) per coltivare patate. Nel progetto REBUS, abbiamo impiegato compost verde, letame di animali monogastrici per simulare le feci dell’equipaggio, e biostimolanti microbici.
Si studiano anche altri metodi di riciclo e recupero dei rifiuti, come il compostaggio avanzato, che utilizza decompositori specializzati per degradare i rifiuti organici e produrre nutrienti per le piante. All’interno del progetto REBUS, il sistema biorigenerativo, per esempio, integra organismi produttori, come piante e cianobatteri estremofili, con decompositori come consorzi batterici, microfunghi commestibili e la mosca soldato nera (Hermetia illucens), le cui larve sono utilizzabili per l’alimentazione umana.
Si stanno anche studiando tecnologie per la produzione di metano da residui organici tramite microrganismi, fornendo una fonte di energia rinnovabile per le missioni spaziali. Sebbene queste tecnologie siano ancora in fase di sviluppo, mostrano un notevole potenziale per diventare strumenti cruciali nella gestione dei rifiuti all’interno di un’economia circolare spaziale, migliorando la sostenibilità delle missioni a lungo termine e contribuendo alla realizzazione di insediamenti umani permanenti oltre la Terra.
Negli ultimi anni si sono sviluppati e diffusi nuovi metodi di coltivazione fuori suolo, metodi cioè che non hanno bisogno di suolo per produrre prodotti alimentari. Acquacoltura, vertical farming, idroponica, acquaponica, aeroponica. Perché tali metodi di coltivazione sono importanti per la coltivazione sulla stazione spaziale? E costituiranno la base dell’agricoltura sulla superficie non terrestre?
Un elemento caratteristico dell’agricoltura spaziale è l’uso di metodi di coltivazione senza suolo, come l’idroponica e l’aeroponica. Questi metodi sono cruciali per la coltivazione sull’ISS e costituiranno la base dell’agricoltura su superfici non terrestri.
In un sistema idroponico, le radici delle piante sono immerse in una soluzione contenente acqua e nutrienti essenziali. L’aeroponica porta il concetto di coltivazione fuori suolo ancora oltre: le piante sono sospese in aria e le radici vengono nebulizzate periodicamente con una soluzione nutritiva.
L’importanza di questi metodi risiede in diversi fattori. Innanzitutto, nello spazio non è possibile utilizzare il suolo come supporto per la coltivazione, rendendo queste tecniche l’unica opzione praticabile. Inoltre, consentono un notevole risparmio di spazio, fondamentale date le dimensioni limitate della stazione spaziale. Questi metodi permettono anche un controllo preciso delle condizioni di coltivazione, ottimizzando la produzione di alimenti. Un altro vantaggio significativo è la riduzione dell’uso di acqua rispetto alle coltivazioni tradizionali, un aspetto critico nello spazio, dove l’acqua è una risorsa preziosa.
Infine, questi approcci possono aumentare la produttività, garantendo una fornitura sufficiente di alimenti per gli astronauti. Infine, è importante notare che i sistemi di irrigazione utilizzati sulla Terra non sono sempre adatti per le condizioni della microgravità, dove è necessaria una combinazione adeguata di substrato e sistema di distribuzione dell’acqua.
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Quanto le conoscenze che si stanno acquisendo anche grazie all’esperienza in ambito spaziale e la tecnologia che si sta conseguentemente sviluppando ci aiuteranno ad affrontare le sfide globali della fame nel mondo e della conservazione delle risorse del Pianeta?
Le conoscenze e le tecnologie sviluppate nell’ambito spaziale possono avere un impatto significativo nell’affrontare le sfide globali della fame nel mondo e della conservazione delle risorse del pianeta.
La sfida di coltivare in un ambiente estremo come lo spazio, dove ogni risorsa è preziosa, porta alla creazione di sistemi agricoli incredibilmente efficienti. I principi dell’economia circolare, che mirano a ridurre gli sprechi e massimizzare l’uso delle risorse, possono essere promossi attraverso l’adozione di queste tecnologie.
La necessità di chiudere il cerchio nell’utilizzo di acqua e nutrienti ha portato, per esempio, al perfezionamento di sistemi di irrigazione di precisione e al riutilizzo dell’acqua di traspirazione delle piante, soluzioni preziose per affrontare la crescente scarsità idrica sul nostro pianeta. Allo stesso modo, la ricerca su come utilizzare scarti organici e reflui umani come fertilizzanti apre prospettive innovative per la gestione dei rifiuti e la fertilizzazione in agricoltura tradizionale.
Inoltre, studiare le piante in ambienti ostili come lo spazio ci permette di carpirne i segreti di tolleranza o resistenza a stress, aprendo la strada allo sviluppo di varietà più resistenti alla siccità, alla salinità e ad altre condizioni avverse, un vantaggio fondamentale per affrontare le sfide del cambiamento climatico. Tecniche come l’idroponica e l’aeroponica a ciclo chiuso, l’agricoltura verticale e l’illuminazione artificiale a LED, nate per lo spazio, trovano sempre più spazio anche nelle nostre città e nelle aree terrestri difficili da coltivare, come zone desertiche o polari.
L’agricoltura spaziale, dunque, non solo ci permette di sognare di piantare patate su Marte, ma ci offre soluzioni concrete per coltivare meglio e in modo più sostenibile anche sulla Terra, garantendo la sicurezza alimentare per le generazioni future. Un connubio affascinante tra scienza, tecnologia e rispetto per il nostro pianeta.
