Met Wageningse knowhow straks groenten telen in de ruimte

Gelukkig is het klimaat op Antarctica nog steeds onbehaaglijk. En dat is precies de reden waarom het Duitse lucht- en ruimtevaartcentrum (DLR) hier in 2018 de EDEN-ISS-kas heeft opgericht. Op die manier kan in het zuidpoolgebied de voedselproductie van de toekomst en toekomstige ruimtemissies in de directe omgeving van het Duitse Antarctische station Neumayer III worden onderzocht. De winterbemanning van het Alfred Wegener Instituut (AWI), met inbegrip van DLR-onderzoeker Dr. Paul Zabel, heeft inmiddels een jaar in eeuwig ijs doorgebracht. Het team – voorzien van uitgebreide teeltinstructies van de Wageningen Universiteit – presenteerde vrijdag de resultaten. Er was een onverwacht rijke oogst. Paul Zabel: “In negen en een halve maand produceerden we in totaal 268 kilo voedsel op slechts 12,5 vierkante meter, waaronder 67 kilo komkommers, 117 kilo sla en 50 kilo tomaten.”

Binnenin EDEN-ISS © Hanno Müller, AWI

Overigens had Zabel de kunst van het kunstmatig telen van groenten vooraf al afgekeken in Nederlandse kassen. “De smaak en geur van verse groenten lieten een blijvende indruk achter op de overwinterende bemanning en hadden een zichtbaar positief effect op de stemming van het team gedurende de lange periode van isolement.” Een verband dat nu ook psychologisch wordt onderzocht.

Lager energieverbruik dan verwacht

Bovendien waren de wetenschappers verbaasd dat ze veel minder energie nodig hadden dan oorspronkelijk verwacht. Het gemiddelde stroomverbruik van de kas tijdens de Antarctische missie was 0,8 kilowatt per vierkante meter gecultiveerde oppervlakte. Het was dus minder dan de helft van wat voorheen werd aangenomen voor ruimtekassen.

“Dit is een belangrijk aspect voor een latere ruimteoperatie en laat ons vol vertrouwen naar de toekomst van dit idee kijken”, zegt projectmanager Daniel Schubert van het DLR-instituut voor ruimtesystemen. Hij benadrukt daarnaast de mogelijke, betekenisvolle aanvulling op ruimtevoedsel dat door de aarde wordt gebracht. “In een jaar op Antarctica hebben we met onze kas heel duidelijk gezien hoe in de kleinste ruimte voldoende voedsel kan worden geproduceerd om het voedsel van een bemanning van zes personen te combineren met een derde van vers geteeld voedsel.”

Hoge werkbelasting te verminderen

Toch zien de onderzoekers nog ontwikkelingsmogelijkheden. Want om kostbare astronautentijd te besparen, zal de hoeveelheid werk die nodig is voor ondersteuning en onderhoud in de toekomst aanzienlijk moeten worden verminderd. Zabel had gemiddeld drie tot vier uur per dag nodig om de planten te laten groeien: “Ongeveer tweederde van de tijd besteedde ik aan het bedienen en onderhouden van de glastuinbouwtechnologie, de rest had ik nodig voor zaaien, oogsten en onderhoud. Voor een toekomstige ruimtevaartserre moet de kostbare astronautentijd aanzienlijk worden verminderd.”

Bovendien was er vier tot vijf uur per dag nodig voor experimenten. Het aeroponische teeltsysteem, ofwel de voedingsoplossing zonder grond, liet de planten goed gedijen. Sommige pompen zorgden in de tussentijd voor problemen en de biofilms in de voedingstanks waren onverwacht sterk, maar dit kon worden verholpen.

Ontworpen voor Falcon 9-raketten

Op basis van de resultaten en ervaringen van het EDEN-ISS project is nu een nieuw ontwerpconcept voor een echte ruimtevaartkas ontwikkeld. Deze kas is vrij compact ontworpen voor lancering met een Falcon 9 raket. Tegelijkertijd is hij uitvouwbaar en groot genoeg om de astronauten op de maan of Mars van voldoende voedsel te voorzien. “Het areaal is ongeveer 30 vierkante meter, bijna drie keer zo groot als de Antarctische kascontainer. Met dit systeem kan maandelijks ongeveer 90 kilo vers voedsel worden geteeld, wat overeenkomt met een halve kilo verse groenten per dag per astronaut met zes astronauten”, legt Schubert uit.

Het concept kan ook gecombineerd worden met een biofiltersysteem (C.R.O.P.). Het doel is om een meststofoplossing voor de plantenteelt te produceren die direct uit bioafval en urine kan worden gebruikt. Dit maakt het kasconcept tot een bijna compleet bioregeneratief levensondersteuningssysteem voor toekomstige habitats. “Het nu gepresenteerde concept voor een ruimtevaartkas is een waardevolle basis waarop we verder onderzoek willen bouwen”, zegt ook Hansjörg Dittus, lid van de Raad van Bestuur van de DLR, verantwoordelijk voor ruimteonderzoek en -technologie.

EDEN-ISS open voor onderzoeksteams

Na de terugkeer van Paul Zabel naar Duitsland bevond de Antarctische kas zich aanvankelijk in de “slaapstand”. Voorheen had het DLR-team alle systemen onderhouden en in januari 2019 is de container nog eens volledig gereviseerd. Begin mei hebben de Bremer onderzoekers het systeem op afstand wakker gemaakt en opgestart. Een eerder gezaaid zaadje begon vrij snel daarna te bloeien.

“Deze stap diende om een ander ruimtescenario te testen”, legt DLR-onderzoeker Schubert uit. “Een potentiële kas zal immers naar verwachting vóór de astronauten aankomen en idealiter op afstand bediend worden voordat deze in gebruik wordt genomen. De test was een succes. Nu blijft de huidige AWI-ploeg de kas exploiteren, met sterke ondersteuning van het Bremen Control Centre, van waaruit we zoveel mogelijk op afstand monitoren. De procedures die vorig jaar zijn ontwikkeld, bewijzen momenteel hun waarde in het minimaliseren van de werklast van de bemanning en het zo eenvoudig mogelijk houden van de procedures”.

De kas is nu ook beschikbaar voor verschillende onderzoeksgroepen wereldwijd die op Antarctica plantenveredelingsexperimenten willen uitvoeren. En daar is al gebruik van gemnaakt: “Als een van de eerste nieuwe samenwerkingspartners heeft het Amerikaanse ruimtevaartagentschap NASA al originele NASA-saladezaden gestuurd, die ook op het internationale ruimtestation ISS worden geteeld en nu ook hier in Antarctica gedijen”, zegt Schubert.

Wereldwijde voedselproductie

Het bevroren continent Antarctica is een van de meest opwindende onderzoeksgebieden ter wereld, zegt Prof. Antje Boetius, directeur van het Alfred Wegener Instituut, die zich tijdens een verblijf op het station kon overtuigen van de smaak van een sappig, reuzenradijsje uit de kas. “Hier verkrijgen we ook gegevens over de wereldwijde klimaatverandering en de biodiversiteit in Antarctica. De kas is een uitstekend voorbeeld van hoe we op Neumayer Station III onderzoek kunnen doen naar andere belangrijke vragen van de toekomst. We hebben immers veel gemeen met de ruimtevaart als we in gebieden komen die vijandig staan tegenover de mens. Tegelijkertijd heeft de permanente aanvoer van verse groenten en fruit ook dit jaar weer een zeer positief neveneffect voor onze overwinterende bemanning”, De teelt van groenten is daarom van fundamenteel belang voor toekomstige missies van de onderzoeksijsbreker Polarstern.

Daarnaast is de wereldwijde voedselproductie een van de centrale uitdagingen waar de samenleving in de 21e eeuw voor staat. De toenemende wereldbevolking en de gelijktijdige omwentelingen als gevolg van de klimaatverandering vragen om nieuwe manieren om gewassen te verbouwen, zelfs in gebieden met een ongunstig klimaat. Voor woestijnen of gebieden met lage temperaturen, maar ook voor ruimtemissies naar de maan of Mars, maakt een gesloten kas oogsten mogelijk die onafhankelijk zijn van weer, zon en seizoen. Bovendien is hier minder water nodig en kunnen pesticiden en insecticiden worden afgeschaft. Met het EDEN-ISS project wordt zo’n modelkas van de toekomst onder extreme Antarctische omstandigheden en over langere termijn getest.

De partners van EDEN-ISS

EDEN-ISS wordt gerealiseerd door DLR in samenwerking met het Alfred Wegener Instituut, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research (AWI), als onderdeel van een overwinteringsmissie in het Duitse Neumayer Station III op Antarctica. Tal van andere internationale partners werken samen in een onderzoeksconsortium onder leiding van DLR om ervoor te zorgen dat de Antarctische kas goed functioneert. Naast het eerder genoemde Wageningen University and Research zijn dit Airbus Defense and Space (Duitsland), LIQUIFER Systems Group (Oostenrijk), National Research Council (Italië), University of Guelph (Canada), Enginsoft (Italië), Thales Alenia Space Italia (Italië), AeroCosmo (Italië), Heliospectra (Zweden), Limerick Institute of Technology (Ierland), Telespazio (Italië) en de Universiteit van Florida (VS). Het project wordt gefinancierd door het Europese kaderprogramma voor onderzoek Horizon 2020.