El Sistema Alternativo de Soporte Vital Microecológico ( MELiSSA ) es una iniciativa de la Agencia Espacial Europea (ESA) cuyo objetivo es desarrollar la tecnología para un futuro sistema de soporte vital regenerativo para misiones espaciales humanas de larga duración. Iniciado en 1989, el diseño está inspirado en un ecosistema terrestre. A partir de 2023, MELiSSA es un consorcio formado por 30 organizaciones de toda Europa. [1]
Las misiones espaciales en las que participan seres humanos requieren recursos esenciales para mantener la vida. Se necesitan aproximadamente 3,56 kg de agua potable y 26 kg de agua para la higiene por persona [2] . Cuanto más largas y lejanas sean las misiones, más difícil y costoso será el suministro de recursos. El objetivo de MELiSSA es crear un ecosistema cerrado artificialmente para reciclar de forma autónoma los desechos en oxígeno, agua y alimentos con el único aporte de energía para impulsar el proceso.
El circuito está formado por 4 compartimentos con los miembros de la tripulación en el centro. Los compartimentos son:
Este compartimento es el punto de recogida de todos los residuos de la misión, como la urea y los residuos de cocina, así como las partes no comestibles del compartimento superior de las plantas (es decir, paja y raíces). El objetivo del compartimento es transformar anaeróbicamente estos residuos en amonio , H 2 , CO 2 , ácidos grasos volátiles y minerales. Por razones de bioseguridad y para una eficiencia óptima de degradación, el compartimento funciona en condiciones termófilas (55 °C). El proceso de degradación en este compartimento se lleva a cabo mediante proteólisis , sacarólisis y celulosa .
Este compartimento es responsable de la eliminación de los productos terminales del compartimento licuante; principalmente los ácidos grasos volátiles .
La función principal del compartimento nitrificante es reciclar el NH 4 + producido a partir de desechos en nitratos, que es la fuente más favorable de nitrógeno para las plantas superiores, así como para la Arthrospira platensis . El compartimento está compuesto por una mezcla de Nitrosomonas y Nitrobacter que oxidan el NH 4 + a NO 2 − y NO 2 − a NO 3 − , respectivamente. Como este compartimento es un reactor de lecho fijo, la importancia de los factores hidrodinámicos es ligeramente más importante y más complicada.
El cuarto compartimento se divide en dos partes: el compartimento de las algas , colonizado por la cianobacteria Arthrospira platensis , y el compartimento de las plantas superiores. Estos compartimentos son esenciales para la regeneración del oxígeno y la producción de alimentos.
Un ecosistema cerrado puede ser considerado como un balance de masa entre los elementos principales, carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y fósforo (CHONSP), que por sí solos representan el 95% de la masa a reciclar. La conversión de elementos de desecho en recursos, que pueden ser utilizados por los miembros de la tripulación, se puede lograr por dos medios: fisicoquímicos o biológicos. Los procesos fisicoquímicos como la reacción de Sabatier darían como resultado altas eficiencias, pero se requiere una gran cantidad de energía en términos de temperatura y presión. En los procesos biológicos, utilizando la fotosíntesis , las eficiencias son menores, pero se pueden utilizar las temperaturas y presiones ambientales. La fotosíntesis es el proceso por el cual las plantas convierten la energía de la luz en energía química de azúcares y otros compuestos orgánicos. Las reacciones químicas utilizan carbono y agua con el subproducto de oxígeno, liberado a la atmósfera. MELiSSA se basa en parte en estas reacciones fotosintéticas: reciclando dióxido de carbono en oxígeno. Se utilizarían plantas superiores (trigo, arroz, ingredientes de ensaladas) para producir alimentos para los miembros de la tripulación. También se utilizarían microorganismos fotosintéticos para transformar el dióxido de carbono en oxígeno con la posibilidad de utilizar el microorganismo elegido como parte de la ingesta alimentaria, como recurso proteico esencial.
A diferencia de un ecosistema natural, que está regulado por la interacción de muchas especies diferentes, un ecosistema cerrado artificialmente tiene un número reducido de pasos y está dimensionado y controlado para alcanzar los objetivos deseados. Es similar a los procesos industriales, que transforman las materias primas en sustancias útiles. Sin embargo, una diferencia clave es el objetivo previsto de reciclar casi el 100% de los desechos (limitando la materia prima), lo que básicamente hace que MELiSSA funcione en un circuito cerrado.
Alcanzar un nivel de emisiones cercano al 100% para los elementos principales es una teoría. En comparación con los ecosistemas naturales, ni siquiera la Tierra es un sistema verdaderamente cerrado: cada año, miles de toneladas de material meteórico caen a la Tierra desde el espacio, mientras que miles de toneladas de hidrógeno y helio escapan de la atmósfera terrestre. Además, un ecosistema artificial es inherentemente dinámico; MELiSSA tiene que reaccionar muy rápidamente a los cambios en el comportamiento humano. Esto requiere un sistema de control dinámico desarrollado para cada paso del proceso y para el sistema en su conjunto.
La Planta Piloto MELiSSA actual está ubicada en la Universitat Autònoma de Barcelona y fue inaugurada en 2009. [3] Es el lugar donde se integran y prueban los resultados obtenidos por el equipo internacional de MELiSSA. El objetivo final de la operación de la Planta Piloto es demostrar, evaluar y mejorar la viabilidad del concepto de bucle MELiSSA en condiciones terrestres, con el fin de orientar los desarrollos futuros hacia un sistema de soporte vital regenerativo para aplicaciones espaciales.