Düngemittel aus Cyanobakterien ermöglicht Pflanzenanbau auf dem Mars
Forschende haben einen Dünger aus simulierten Marsressourcen hergestellt und damit Wasserlinsen erfolgreich angebaut
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Ein Forschungsteam des Zentrums für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM), der Umweltverfahrenstechnik (UVT) der Universität Bremen und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat einen wichtigen Meilenstein auf dem Weg zu einer autarken Marsmission erzielt: Ein Düngemittel, das aus Marsressourcen hergestellt werden kann, wurde erfolgreich zum Anbau essbarer Biomasse eingesetzt.
Die Grundlage zur Herstellung des Düngers bilden Cyanobakterien, auch bekannt als Blaualgen. Sie bringen gleich mehrere Eigenschaften mit, die sie für den Einsatz auf dem Roten Planeten besonders geeignet machen: Sie können Kohlendioxid aus der Marsatmosphäre binden, Sauerstoff produzieren und wichtige Nährstoffe direkt aus dem Marsboden extrahieren.
Die verwendeten Cyanobakterien wurden mit simulierten Marsressourcen gezüchtet, u.a. mit einem künstlich produzierten Regolith, das dem Marsgestein nachempfunden ist. Anschließend werden die Cyanobakterien in einem anaeroben Vergärungsprozess von Mikroben in einen nährstoffreichen Gärrest umgewandelt – ganz ohne Sauerstoff und ausschließlich mit potenziell vor Ort verfügbaren Materialien.
In der nun im Chemical Engineering Journal veröffentlichten Studie wurde der Vergärungsprozess gezielt optimiert. So führte das Erwärmen der Biomasse vor der Verarbeitung zu einer schnelleren Zersetzung, wobei sich eine Betriebstemperatur von 35 Grad Celsius als ideal für den Vergärungsprozess erwies. Zudem bleibt das Verhältnis zwischen der Menge der eingesetzten Biomasse und der Ammoniumausbeute konstant. Mehr Cyanobakterien erzeugen also auch mehr Ammonium, welches ein zentraler Bestandteil für die spätere Nutzung als Düngemittel ist. Als Hauptquelle für Mineralstoffe im Dünger wurde ein Marsstaubsimulans (MGS-1) verwendet, was zeigt, dass die Fermentation mit lokalen Ressourcen durchgeführt werden kann.
Der entstandene Dünger wurde für den Anbau der Wasserlinse (Lemna sp.) eingesetzt, einer schnellwachsenden, proteinreichen Wasserpflanze, die in Südostasien bereits seit Jahrhunderten als Nahrungsmittel genutzt wird. Besonders bemerkenswert: Aus nur einem Gramm getrockneter Cyanobakterien konnten 27 Gramm frische, essbare Pflanzenmasse gewonnen werden.
Perspektiven für künftige Marsmissionen
„Man kann sich das vorstellen wie einen Gemüsegarten auf dem Mars, der komplett mit lokalen Ressourcen betrieben wird – ohne mitgebrachte Erde, Dünger oder Wasser“, erklärt Tiago Ramalho von der Universität Bremen. „Unsere Ergebnisse zeigen: Kreislaufwirtschaft im All ist möglich.“
Die verwendete Pflanze Lemna spp. hat nicht nur in der Raumfahrt Potenzial: Sie wächst schnell, ist nährstoffreich, leicht anzubauen und vollständig essbar. In der EU ist sie bereits als Lebensmittel zugelassen und gilt als Anwärter für das nachhaltige Superfood der Zukunft – auf der Erde wie im Weltall.
Neben der Produktion von Nahrungsmitteln bietet das System einen weiteren Vorteil: Bei der Vergärung entsteht Methan, das als Energiequelle genutzt werden kann.
„Diese Arbeit zeigt, wie Pflanzen aus natürlichen Ressourcen auf dem Mars unter Verwendung von Mikroben als Zwischenprodukt gezüchtet werden könnten. Sie kann auch als Grundlage für eine nachhaltige Nahrungsmittelproduktion dienen“, sagt Prof. Cyprien Verseux, Leiter des Labors für angewandte Weltraum-Mikrobiologie am ZARM.
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