Tholen - Astronauten zitten vaak lang achter elkaar in de ruimte - sommigen spenderen zelfs meer dan een jaar aan boord van een ruimtestation. Na een tijdje rondzweven kun je best eens trek krijgen in wat verse groenten. Helemaal als mensen straks weer naar de maan gaan of zelfs naar Mars, is het kunnen telen van vers voedsel een must. Voor onderzoekers is ruimtelandbouw dan ook een dankbaar onderwerp. Een van die onderzoekers is Jacob Torres, werkzaam in het Kennedy Space Center van de NASA. In een webinar vertelt hij wat hij zoal onderzoekt, en wat daarvan het nut is voor ons op aarde.
Jacob groeide op in een traditionele landbouwgemeenschap in New Mexico. Hij ging zelf echter de technische kant op. Na omzwervingen in autotechniek kwam hij uiteindelijk terecht in de tuinbouwtechniek, en inmiddels is hij een jaar aan de slag bij het NASA-onderzoek naar telen 'in space'.
Bestuiven of niet bestuiven?
Vanuit een kweekcel legt Jacob in een introvideo uit waarom nu juist chilipepers speciaal geschikt zijn voor de buitenaardse teelt. Allereerst zijn er geen bestuivers in de ruimte - even een doosje met hommels opentrekken in een ruimtestation is geen goed idee. "Maar met pepers hoef je maar op een van de bloemen te tikken en er begint een vrucht te groeien." Dat maakt pepers een stuk geschikter dan komkommers, waar wel bestuiving voor nodig is. Daarnaast zijn pepers rijk aan voedingsstoffen, ze vormen dus een mooie aanvulling op het astronautendieet. En ook niet onbelangrijk: omdat smaakpapillen zich in de ruimte net wat anders gedragen, hebben astronauten hun eten graag een beetje pittig. André Kuipers legt hier uit hoe dat zit.
Jacob Torres
Naar de maan (en Mars)
Het onderzoek van de NASA heeft al geleid tot het gebruik van systemen als Veggie and the Advanced Plant Habitat aan boord van het internationale ruimtestation ISS. De Amerikanen kijken echter verder: ze willen terug naar de maan, en kijken ook met een schuin ook naar Mars. Op die langere missies zullen astronauten lang in de ruimte blijven, bijvoorbeeld op zogenoemde Gateway-ruimtestations, en later ook op de rode planeet zelf. Verse groenten zijn daar meer dan welkom als aanvulling op het standaardpakket aan voeding. Op die manier krijgen de ruimtevaarders extra vitamine C, K en B binnen - iets waar Jacob en z'n team zich de komende 10 à 15 jaar voor gaan inzetten.
Pakketje
NASA-techniek mag dan geavanceerd zijn, ook daar kan weleens iets stukgaan. Als dat op de maan gebeurt, kun je niet eventjes een nieuw onderdeel bestellen bij de tuinbouwonderdelen webshop. Dus wat doe je dan? Jacob maakte het zelf mee (op aarde) toen een pomp in zijn NFT-systeem het begaf. Het zou twee weken duren om een nieuwe onderdeel te krijgen - dat moet sneller, dacht hij. Na wat brainstormen kwam hij tot de oplossing: een 3D-printer aan het werk zetten. Binnen no-time had hij een splinternieuwe versie van het kapotte onderdeel, dus een 3D-printer zal vast deel uitmaken van de standaarduitrusting van de toekomstige maan- of Marsbewoner.
Pepers uit New Mexico
De techniek is dus op orde, maar dan rest nog de vraag welk pepertje je gaat telen. "We gingen op zoek in de literatuur om te zien wat er al is gedaan en bewezen werkt. In New Mexico zijn chilipepers een belangrijk onderdeel van de cultuur, dus professoren en studenten hebben al heel wat gepubliceerd door de jaren heen." Na zaadjes van over de hele wereld te hebben vergeleken, kwam het team tot de conclusie dat een pepertje uit New Mexico het bijzonder goed deed: de Española Improved, een kruising tussen de Big Jim en de Española. Het toeval wil trouwens dat Jacob zelf afkomstig is uit de stad Española in New Mexico.
Red Robin tomaten in de proefopstelling, 88 dagen na planting
Lichtrecepten
Een van de NASA-system waar Jacob mee werkt is de Advanced Plant Habitat. Daarin zitten LED-banken, ontwikkeld door OSRAM, die qua kleur volledig kunnen worden ingesteld om lichtrecepten aan te passen aan specifieke gewassen. Een en ander moet geautomatiseerd worden, want astronauten hebben niet direct tijd om de hele dag in de tuin door te brengen. Zo wordt er bijvoorbeeld ook gebruik gemaakt van een hyperspectraal systeem dat de gezondheid van de gewassen in de smiezen houdt..
Irrigatie zonder zwaartekracht
In de ruimte, dat is algemeen bekend, is de zwaartekracht een stuk minder sterk dan hier op aarde. Wat dat met water doet, laat de Canadese astronaut Chris Hadfield in onderstaand filmpje zien. Irrigatie wordt zodoende ook een stuk ingewikkelder, want het water blijft gewoon rond de wortels hangen.
Men moest dus op zoek naar een oplossing: diverse systemen werden getest, en de optimale variant moest aan een aantal voorwaarden voldoen: duurzaam, liefst met herbruikbaar groeimedium, met een lage productie van hitte en laag energiegebruik, en uiteraard moet de boel niet te snel kapot gaan. Tot slot moeten de astronauten er zo weinig omkijken naar hebben, en het systeem moet makkelijk op te schalen zijn.
PPTNDS
Het Passive Porous Tube Nutrient Delivery System (PPTNDS) bleek de oplossing: het maakt gebruik van de capillariteit van water. "Je kunt water met een soort lont omhoog transporteren, waarna het verdampt uit de buis, en weer wordt aangevuld vanuit de waterzak."
Jacob en zijn team maakten bij de proeven gebruik van waterzakken zoals ze die op het ruimtestation ISS gebruiken. Die sloten ze aan op de buizen, vervolgens legden ze er zaden bovenop, ze pakten het geheel in in folie, en na toevoeging van water, lucht en licht begonnen de plantjes te groeien.
Jacob teelt sla, pepers en tomaten in het PPTNDS. De Red Robin tomaten (linksboven) deden het 111 dagen na planten nog steeds prima. Datzelfde kan niet gezegd worden voor de pepers (rechtsboven), maar dat was eigenlijk Jacobs eigen schuld - hij was ze weken of zelfs maanden uit het oog verloren. In dat licht bezien deden de pepertjes het, op eigen houtjes dus, niet eens zo verkeerd.
Vergeleken met het NFT-controlesysteem, verbruikt het PPTNDS veel minder water (slechts 25% van de normale hoeveelheid water). Met slechts zes plantjes op elk systeem, gebruikte het PPTNDS ook slechts 25% van de ruimte die de gewassen in het controlesysteem innamen, terwijl ook de bemanning minder hoeft in te grijpen. Daarbij deden de PPTNDS-tomaten het ook nog eens beter in de smaakproeven.
Klik hier voor een vergroting.
Terug op aarde
Allemaal leuk en aardig natuurlijk, maar wat nou als je geen astronaut bent? Jacob legt het nut uit van zijn onderzoek voor ons. In een vertical farm bijvoorbeeld, kan je het PPTNDS-systeem gebruiken voor de bovenste laag, waar je als teler normaal gesproken niet zo snel bij komt. Ook in het onderwijs zijn er mogelijkheden - docenten kunnen hun studenten kennis laten maken met tuinbouw in een systeem dat min of meer zichzelf runt. En zelfs voor de consument kan het interessant zijn - een stukje NASA-technologie in huis halen voor op de vensterbank, wie wil dat nou niet?
Voel je je geïnspireerd om zelf ook iets te doen in de ruimteteelt, dat kan. Zo organiseert Jacob de Space Chile Challenge, waarbij hij mensen uitdaagt om de heetst mogelijke peper te telen, gebruikmakend van de ruimtepeperzaadjes. Later dit jaar lanceert de NASA ook nog de Lunar Nutrition Challenge, waarbij publiek, wetenschappers en de sector wordt gevraagd mee te denken aan toekomstige voedselproductiesystemen voor in de ruimte. Naar verwachting gaat laatstgenoemde challenge aan het eind van 2020 van start.
Voor meer informatie:
NASA Technology Transfer Program
technology.nasa.gov