Biến đá thành thức ăn phục vụ các nhà du hành vũ trụ

Dự án “biến rác thành kho báu”

Các nhà du hành vũ trụ bắt đầu hành trình dài trong không gian sâu không thể đóng gói tất cả lượng calo mà họ cần dưới dạng thực phẩm đông khô. Họ cũng không thể trồng mọi thứ họ cần, vì công nghệ làm vườn trên tàu vũ trụ không đủ hoàn thiện để cung cấp cho họ đầy đủ các sản phẩm tươi. Với những hạn chế về dinh dưỡng đó, một nhóm kỹ sư cho rằng những nhà du hành vũ trụ tương lai nên thay đổi chế độ ăn uống của họ.

Và một nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Sinh học vũ trụ quốc tế cho thấy, các nhà du hành vũ trụ có thể tìm đến các tiểu hành tinh để có những bữa ăn thỏa thích. Tức là họ có thể dùng đá để chế biến thành thực phẩm thông qua một quá trình hóa học và vật lý. Quá trình này sẽ giúp phá vỡ vật liệu của tiểu hành tinh và các thành phần hữu cơ thu được (hợp chất hydrocarbon) sau đó sẽ được vi khuẩn ăn. Sau khi vi khuẩn đầy, các nhà du hành vũ trụ có thể tiêu thụ bộ sưu tập vi khuẩn được gọi một cách hấp dẫn hơn là "khối sinh học".

Ý tưởng này bắt nguồn từ một dự án thực tế hơn, do Cơ quan Dự án nghiên cứu tiên tiến quốc phòng của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ tài trợ. Một trong những chương trình của cơ quan này, ReSource, giao cho các nhà nghiên cứu nhiệm vụ thu gom rác thải do quân đội tạo ra và biến chúng thành thứ gì đó hữu ích. Nói cách khác, biến rác thành kho báu. Một nhóm làm việc tại ReSource đã nghiên cứu cách xử lý "bữa ăn sẵn", khẩu phần ăn quân đội có thể để được nhiều năm.

Giáo sư, tiến sĩ Joshua Pearce thuộc Đại học Western ở Ontario, người đang cộng tác trong dự án do các nhà nghiên cứu tại Đại học Công nghệ Michigan dẫn đầu, cho biết: "Họ không muốn vứt chúng đi, họ không muốn đốt chúng, họ không muốn đóng gói chúng. Nhóm của tôi có thể biến những hộp đựng thực phẩm bằng nhựa đó thành thực phẩm”.

Giáo sư, tiến sĩ Joshua Pearce cho biết: “Bước đầu tiên trong quy trình đó là phân hủy nhựa bằng phương pháp nhiệt phân, về cơ bản chỉ là nấu ăn mà không cần oxy. Sự phân hủy đó tạo ra một chất rắn, một chất khí và một loại dầu. Sau đó, dầu được đưa vào lò phản ứng sinh học, nơi vi khuẩn ăn những gì chúng được cung cấp. Và cuối cùng, khi vi khuẩn ăn xong, chính chúng trở thành thức ăn. Sinh khối có các đặc tính dinh dưỡng tương tự như thực phẩm chúng ta ăn hàng ngày”.

Những nỗ lực đầu tiên của nhóm nghiên cứu trong việc tạo ra "một hỗn hợp màu thịt", theo lời giáo sư, tiến sĩ Joshua Pearce. Sau đó, họ tạo ra thứ gì đó giống sữa chua caramel hơn. Nhưng liệu sữa chua đó có thể ăn được hay không lại là một câu hỏi khác. Tiến sĩ Stephen Techtmann, một nhà vi sinh vật học của Đại học Công nghệ Michigan cho biết thêm: "Chúng tôi phải thực hiện tất cả các nghiên cứu an toàn nghiêm ngặt để đảm bảo rằng chúng không độc hại".

Biến đổi hợp chất trong đá thành thực phẩm

Giáo sư, tiến sĩ Joshua Pearce đã thảo luận về công trình nghiên cứu về nhựa này với những người bạn chuyên nghiên cứu không gian và được họ cho biết, các tiểu hành tinh (đá) không khác nhiều so với nhựa, ít nhất là theo quan điểm rằng cả hai đều chứa rất nhiều carbon. “Được thôi, hãy nghiêm túc xem xét vấn đề này và tìm ra chính xác lượng carbon có trong đó và liệu nó có ở đúng dạng hay không, và liệu chúng ta có thể chuyển đổi nó thành thức ăn hay không”, giáo sư, tiến sĩ Joshua Pearce nói. Và những câu trả lời đó lại phụ thuộc vào việc liệu vi khuẩn có thực sự ăn đá hay không - công việc mà  tiến sĩ Annemiek Waajen của Đại học Tự do Amsterdam đã nghiên cứu khi cho vi khuẩn ăn vật liệu thiên thạch - những mảnh đá vũ trụ rơi xuống Trái đất.

Theo nghiên cứu của tiến sĩ Annemiek Waajen được công bố trên các tạp chí Astrobiology và Scientific Reports, vi khuẩn đã tiêu thụ carbon của các vật liệu thiên thạch. Tiến sĩ Annemiek Waajen cho biết, thiên thạch có thể đã giúp Trái đất thủa sơ khai trở thành nơi có thể sinh sống và ảnh hưởng đến quá trình tiến hóa ban đầu của sự sống. “Các sinh vật đơn bào ban đầu có rất nhiều đá vũ trụ xung quanh. Rất nhiều vật liệu thiên thạch đã rơi xuống bề mặt vào cùng thời điểm sự sống bắt đầu”, tiến sĩ Annemiek Waajen cho biết. Cho nên, từ những nghiên cứu về vi khuẩn ăn thiên thạch và vi khuẩn nhựa có thể ăn được, giáo sư, tiến sĩ Joshua Pearce nhận định, ý tưởng rằng các tiểu hành tinh có thể trở thành thực phẩm là hợp lý. Xét cho cùng, quá trình sinh hóa thực tế phải gần giống với nhựa. Vì vậy, ông và đội ngũ nghiên cứu của mình đã tính toán xem một tiểu hành tinh có thể sản xuất ra bao nhiêu thực phẩm.

Các nhà nghiên cứu đã sử dụng tiểu hành tinh Bennu để thử nghiệm việc sản xuất thực phẩm từ đá vũ trụ. Nhiệm vụ OSIRIS-REx của NASA đã trở lại Trái đất vào năm ngoái với một hộp chứa đầy vật liệu từ tiểu hành tinh này. Theo NASA, tổng khối lượng của Bennu là khoảng 85,5 triệu tấn. “Dựa trên kích thước và hàm lượng carbon của nó, tiểu hành tinh Bennu phù hợp với khoảng thời gian đẹp để có thể tạo ra một món ăn ngon", giáo sư, tiến sĩ Joshua Pearce  cho biết.

Giả sử tình huống xấu nhất, trong đó quá trình chuyển đổi vật liệu không hiệu quả, nhóm đã tính toán rằng, nếu bị vi khuẩn phân hủy, các hợp chất trên Bennu có thể nuôi sống một nhà du hàng vũ trụ trong khoảng 600 năm. Nếu quá trình chuyển đổi lý tưởng hơn, nhà du hành vũ trụ đó có thể ăn trong 17.000 năm. Thực tế hơn, để nuôi sống một nhà du hành vũ trụ trong một năm, người ta sẽ cần từ 5.500 đến 175.000 tấn tiểu hành tinh.

Tương lai của thực phẩm vũ trụ

Trước đây, trong số những nỗ lực nhằm tạo ra thực phẩm trong không gian, đã có rất nhiều nghiên cứu về canh tác trên không gian. Tuy nhiên, kỹ thuật đó cũng đặt ra những thách thức riêng, chủ yếu là thiếu các nguồn tài nguyên đầy đủ như nước, oxy… Ngoài ra, đối với các sứ mệnh ngắn hạn do NASA hoặc SpaceX thực hiện, một kế hoạch canh tác quy mô lớn không phải là điều cần thiết ngay lập tức.

Do đó, trước khi các nhà du hành vũ trụ bắt đầu ăn vi khuẩn đá vũ trụ, các nhà nghiên cứu sẽ phải thực hiện một loại thử nghiệm độc tính tương tự như trong quá trình sản xuất nhựa. Tiến sĩ Annemiek Waajen giải thích, thức ăn từ tiểu hành tinh có ý nghĩa về mặt sinh hóa, nhưng nó sẽ vẫn là một ý tưởng kỳ lạ trong một thời gian. Các nhà khoa học sẽ phải xây dựng khả năng khai thác tiểu hành tinh và một nhà máy thực phẩm vi khuẩn khổng lồ... trong không gian. Ngoài ra, các tiểu hành tinh không phải là bản sao hóa học của nhau. Việc thay đổi từ tiểu hành tinh này sang tiểu hành tinh khác cũng có thể là một thách thức.

Nhìn từ góc độ rộng hơn, các nhà khoa học tin rằng, nghiên cứu này có thể mang lại những tiến bộ cho phép các sứ mệnh không gian ít phụ thuộc hơn vào việc sử dụng các nguồn tài nguyên từ Trái đất. Một trong những lợi ích rõ ràng của quy trình như vậy là nó loại bỏ nhu cầu đóng gói thực phẩm cho các nhà du hàng vũ trụ trong các sứ mệnh không gian. Đây sẽ là một lợi ích lớn khi nói đến chi phí và không gian trong các sứ mệnh này. Nó cũng sẽ cung cấp cho các nhà du hành vũ trụ khả năng di chuyển xa hơn mà không cần lo lắng về một nguồn tài nguyên quan trọng như thực phẩm. Và trong khi việc khai thác các tiểu hành tinh trong không gian có thể làm thay đổi cách thức lập kế hoạch và thực hiện các sứ mệnh không gian, vẫn còn rất nhiều nghiên cứu cần được thực hiện trong lĩnh vực này trước khi các công ty vũ trụ có thể áp dụng chúng.