As futuras missões à Lua e a Marte dependerão de mais do que foguetões e sistemas de suporte de vida: dependerão também de alimentos. Contudo, fora da Terra não existe solo vivo.
Os astronautas terão de cultivar plantas em poeira inerte, rica em minerais, mas sem a matéria orgânica e os nutrientes de que as plantas necessitam para sobreviver.
Investigadores da Texas A&M University (TAMU) indicam agora que um recurso improvável poderá ajudar a resolver este desafio: resíduos humanos reciclados.
Em experiências de laboratório, águas residuais tratadas extraíram nutrientes essenciais de poeira semelhante à da Lua e de Marte, transformando quimicamente grãos minerais estéreis numa potencial fonte de fertilizante para a futura agricultura espacial.
Os resultados sugerem que os futuros habitats espaciais poderão assentar em sistemas de reciclagem rigorosamente fechados, nos quais as águas residuais não só alimentam diretamente as plantas, como também libertam nutrientes retidos no solo extraterrestre.
Em vez de serem encarados como algo a eliminar, os resíduos poderão tornar-se um pilar da agricultura sustentável para lá da Terra.
O solo de laboratório não é Marte
Em vez de reproduzirem solo lunar ou marciano verdadeiro, as experiências usaram substitutos fabricados para aproximar a química mineral desses ambientes.
Nos testes dedicados à Lua, foi utilizado o JSC-1A da NASA, um material de cinza vulcânica criado para se assemelhar ao regolito lunar rico em basalto.
Para Marte, os testes recorreram ao MGS-1, uma mistura de minerais baseada em dados recolhidos por rovers na cratera Gale, embora sem toda a complexidade química do solo marciano.
“Quando solos simulados da Lua e de Marte foram submetidos a meteorização por fluxos de resíduos orgânicos, verificou-se que muitos nutrientes essenciais para as plantas podem ser obtidos a partir dos minerais da superfície”, afirmou Harrison Coker, coautor do estudo e membro do Department of Soil and Crop Sciences da TAMU.
As águas residuais alimentam a agricultura espacial
O Organic Processor Assembly da NASA decompôs resíduos humanos simulados e produziu um líquido filtrado capaz de sustentar o crescimento de pak choi. Nos seus tanques de biorreator, micróbios digeriram os sólidos e converteram-nos em nutrientes e sais dissolvidos.
Ainda assim, essas águas residuais recicladas não continham alguns dos minerais necessários às plantas. A química alterou-se quando os investigadores as misturaram com poeira semelhante à da Lua e de Marte.
À medida que o líquido tratado penetrava nos grãos minerais, colocava enxofre, cálcio e magnésio em solução - nutrientes de que as culturas dependem diariamente.
Os minerais dissolveram-se e libertaram sais adicionais, enquanto a mistura extraiu também metais vestigiais que, consoante a sua concentração, podem beneficiar ou prejudicar as plantas.
De forma relevante, a poeira local libertou nutrientes mesmo em água simples, demonstrando que a própria rocha contém uma reserva oculta de fertilizante. Este enriquecimento poderia reforçar a água reciclada usada para nutrir plantas, sobretudo quando as tripulações não puderem contar com voos de reabastecimento regulares.
“Em postos avançados lunares e marcianos, os resíduos orgânicos serão essenciais para produzir solos saudáveis e produtivos”, disse Coker.
As alterações superficiais modificam os nutrientes
Ao microscópio, a poeira semelhante à da Lua apresentou pequenas cavidades, enquanto a poeira semelhante à de Marte ficou coberta por uma camada de partículas ultrafinas.
Os cientistas chamam a este fenómeno meteorização: o desgaste químico e físico que, gradualmente, fragmenta os minerais em partículas mais lisas.
Esta alteração da superfície poderá trazer vantagens práticas. Os grãos mais afiados podem riscar equipamentos e irritar os pulmões; por isso, tornar as suas arestas mais arredondadas pode fazer com que a poeira seja mais segura de manusear nos habitats e mais fácil de trabalhar durante a plantação.
Reações minerais e disponibilidade de nutrientes
No entanto, a experiência durou apenas 24 horas, e o desgaste a longo prazo poderá comportar-se de forma diferente nas condições reais de um habitat.
As reações minerais que modificaram os grãos também influenciaram a disponibilidade de nutrientes. Nem todos os elementos libertados para o líquido permaneceram nesse estado.
Alguns nutrientes aderiram às superfícies da poeira, em vez de continuarem dissolvidos e disponíveis para absorção pelas plantas. O fósforo apresentou o padrão de ligação mais evidente, e a poeira de Marte reteve uma maior quantidade do que a poeira da Lua.
Quando os minerais prendem nutrientes às suas superfícies, as culturas não lhes conseguem aceder até que raízes ou micróbios os libertem mais tarde.
Qualquer sistema de cultivo real terá de acompanhar cuidadosamente estas perdas; caso contrário, a solução reciclada poderá afastar-se lentamente da composição de que as plantas realmente precisam.
Gestão de resíduos em Marte
Marte não reagiu como a Lua. Quando as águas residuais tratadas entraram em contacto com o simulante de poeira marciana, os minerais dissolveram-se de forma mais agressiva e o líquido tornou-se rapidamente mais salgado.
Os sais solúveis adicionais presentes na mistura marciana passaram depressa para a água, alterando a química e elevando os níveis de sódio, juntamente com outros elementos dissolvidos. A composição mineral distinta do planeta determinou que metais surgiam e com que intensidade se deslocavam.
Esta diferença é importante. Embora alguns nutrientes dissolvidos possam favorecer o crescimento das culturas, sal em excesso pode provocar stress nas raízes, limitar a absorção de água e reduzir os rendimentos.
Qualquer plano de agricultura em Marte terá de controlar a salinidade desde o início, equilibrando a libertação de nutrientes sem levar o sistema a uma sobrecarga de sal.
O que as futuras tripulações terão de controlar
Transformar resíduos em fertilizante parece uma solução elegante no papel, mas, dentro de um habitat selado, a química não pode decorrer sem controlo.
Um ciclo de conversão de resíduos em fertilizante exigiria que as tripulações controlassem odores, acompanhassem a atividade microbiana e evitassem a obstrução de filtros em espaços habitacionais reduzidos.
À medida que os minerais se dissolvem da poeira, podem também deixar depósitos duros de incrustações que danificam tubagens e equipamentos, exigindo limpeza regular e peças de substituição.
Os sistemas de apoio às plantas terão de eliminar agentes patogénicos e equilibrar cuidadosamente a acidez, pois uma mistura de nutrientes que funciona numa semana pode sair do intervalo adequado na seguinte. No espaço, pequenas alterações químicas podem desencadear problemas maiores.
Qualquer erro poderá ameaçar tanto a produção de alimentos como a segurança da água. Os engenheiros necessitarão de sistemas de monitorização robustos, controlos simples e sinais de aviso claros para manter as futuras explorações agrícolas fora da Terra a funcionar sem sobressaltos.
Rumo à agricultura em Marte e além
As próximas experiências terão de cultivar plantas reais nestas misturas de poeira tratada e medir com precisão quais os nutrientes absorvidos pelas plantas.
Ensaios mais longos poderão revelar se a poeira continua a libertar elementos úteis ao longo do tempo ou se o impulso inicial de nutrientes desaparece depressa.
Em simultâneo, os sistemas à escala real terão de capturar gases, reciclar água e impedir que poeira fina se disperse pelos habitats.
A investigação descreve uma química prática: as águas residuais tratadas poderiam alimentar as culturas e suavizar a poeira mineral agressiva através do desgaste gradual das suas superfícies.
Com um ajuste cuidadoso, os projetistas de habitats poderão conseguir transformar águas residuais num recurso, em vez de num problema de eliminação que se acumula ao longo do tempo.
Antes de alguém começar a cultivar noutro mundo, como Marte, os engenheiros terão de demonstrar que esta abordagem se mantém segura, estável e fiável durante anos em condições reais de operação.
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