Afgelopen jaar schreven we over een groep internationale onderzoekers die werkt aan een zelfvoorzienend systeem voor een kolonie op Mars. Volgens de nieuwste plannen biedt de stad ruimte voor 250 duizend inwoners en zal geleidelijk groeien naar een miljoen mensen. Het is de bedoeling dat je vanaf 2100 kunt emigreren naar Mars.
Het systeem waaraan de wetenschappers werken, biedt alles wat de mens nodig heeft om te kunnen overleven. Landbouwmodules met planten en micro-algen zorgen niet alleen voor voedsel, maar recyclen uitgeademde lucht weer tot zuurstof. Ook wekt de stad voldoende energie op en beschikt over eigen industrie. Deze wint bijvoorbeeld bouwmaterialen.
Voor het zo ver is, heeft de wetenschap nog heel wat harde noten te kraken, meent Angelo Vermeulen. Vermeulen is bioloog, kunstenaar en inmiddels alweer zo’n tien jaar bezig met ruimtevaart. Zo is hij onder andere betrokken bij het ESA-project Micro-Ecological Life Support Alternative (MELISSA) dat onderzoekt hoe je in de ruimte van organisch afval en koolstofdioxide weer voedsel, water en zuurstof maakt. Ook onderzoekt hij aan de TU Delft bio-geïnspireerde systemen, zoals ruimteschepen die zichzelf kunnen ontwikkelen en repareren miljoenen kilometers verwijderd van de aarde. “De in 1935 overleden Konstantin Tsiolkovsky, die de basis legde voor de rakettheorie en zo’n beetje de vader van de ruimtevaart is, droomde ook al over buitenaardse bewoning. In zijn tijd schreef hij al over zuurstof terugwinnen met planten.”
Testen in de ruimte
Ook de indeling van de stad – wonen, landbouw, industrie en eigen energie opwekking – is niets nieuws. Wetenschappers op Aarde doen al jaren onderzoek hoe dit in de ruimte werkt. Van gesimuleerde ruimtereizen tot voedselvoorziening, het gebeurt allemaal. Alleen, zo stelt Vermeulen, moet dit onderzoek echt het heelal in. “Dat we voedsel kunnen verbouwen onder zeer extreme omstandigheden toont het Europese EDEN-ISS-project wel aan. In twee grote zeecontainers bij het Duitse Neumayer III-station op Antarctica werd maandenlang vers voedsel gekweekt, ik hoef natuurlijk niet uit te leggen dat de condities daar verre van ideaal zijn. Voor het verbouwen van voedsel in de ruimte hoeven we niets nieuws meer te verzinnen. We moeten naar ginder gaan en ter plekke testen.”
Datzelfde geldt voor het MELiSSA life-support-system waar Vermeulen theoretisch onderzoek op verricht. “Aparte onderdelen, zoals bioreactoren met algen, zijn al wel in de ruimte geweest. Zo weten we dat deze veel beter bestand zijn tegen kosmische straling dan mensen. Maar een compleet gesloten regeneratief systeem is nog nooit in de ruimte geweest. Dat komt omdat het biologisch gezien best complex is. Er komt veel meer bij kijken dan alleen de uitwisseling van CO2 en zuurstof. Zeker als je hier meerdere planten of andere diersoorten aan toevoegt. Zo’n ecosysteem moet je onder controle hebben”, vertelt Vermeulen.
MELISSA heeft de eerste stappen hiervoor al gezet. Al het organische afval van de astronauten wordt met behulp van bacteriën in drie types bioreactoren omgezet naar voeding voor algen en gewassen. Op hun beurt zetten de algen en gewassen dit in combinatie met de uitgeademde koolstofdioxe van astronauten via fotosynthese weer om in zuurstof en voedsel. Het uiteindelijke doel is om in totaal twintig gewassen te kweken en alle machines flink te verkleinen voor ze de ruimte in gaan.
Nooit helemaal regeneratief
Maar of dit systeem ooit 100 procent regeneratief zal zijn, betwijfelt Vermeulen. “Een volledig gesloten regeneratief systeem is een hele uitdaging, er zal altijd een vorm van verlies zijn. En biologie is geen machine, alles heeft invloed op elkaar en dat maakt het lastig te controleren. Als het lukt om zo’n gesloten systeem te bouwen, zal dit niet meteen alles van voedsel kunnen voorzien. Het gaat veel geleidelijker. Een systeem dat bijvoorbeeld voor 20 procent van de voeding voor de astronauten zorgt, zou al een mooie vooruitgang zijn. Maar ik denk dat we nooit helemaal zonder externe toevoer zullen kunnen.”
In zijn theoretische simulatieonderzoek naar verre ruimtereizen brengt hij allerlei verschillende scenario’s in kaart die van invloed kunnen zijn op de reis. Hebben de astronauten voldoende voedsel? Blijft het life-support system werken na een zonnestorm? Een beetje als een strategisch computerspel als SimCity, maar dan alleen met cijfers en grafieken. “Ook hier, je raadt het al, is biologie leidend. Zo kijken we niet alleen naar regeneratief voedsel verbouwen en zuurstof opwekken, maar ook naar flexibele constructie die net als de natuur een adaptief en herstellend vermogen heeft.”
Natuur nodig om mensen duurzaam in leven te houden
De belangrijkste les uit zijn simulaties tot nu toe: hoe dichter alle elementen van zo’n gesloten systeem op elkaar zitten, hoe afhankelijker en hoe kwetsbaarder het complete systeem is. “Alles hangt van elkaar af en als er ergens een kink zit, heeft dat gevolgen voor het hele systeem. Dat is op zich niets nieuws, maar deze complexiteit maakt wel dat sommige ingenieurs zeggen dat we biologie dan maar niet in de ruimtevaart moeten gebruiken. Maar we gaan de natuur nodig hebben om op een duurzame manier de mens in leven te houden. Ook heeft de natuur herstellend vermogen. Een gewas kan het slecht doen en vervolgens weer helemaal opbloeien, machines niet.”
Volgens Vermeulen zien we ecosystemen te veel als een machine die we als mens willen controleren. “Het idee van een stabiel en perfect voorspelbaar ecosysteem klopt niet. De vele componenten interageren constant met elkaar. Ecosystemen zijn in essentie permanent in verandering. Dat maakt controle zo lastig, je moet met iedere mogelijke reactie in het systeem rekening houden. Ook als deze niet is voorzien. We werken nu naar een robuuster systeem met buffers en zelforganiserende elementen. Hierin kunnen we de controle meer loslaten en het systeem zijn eigen gang laten gaan.”
Technologie om naar Mars te gaan is er
Net als Vermeulen denkt Jeroen Rotteveel CEO van ISISpace, een start-up opgericht in 2006 en gespecialiseerd in satelliettechnologie, dat een kolonie op Mars nog wel eventjes zal duren. “Technisch gezien is het gewoon mogelijk. Maar een permanent ruimtestation waarover na de maanlanding werd gesproken, ligt er ook nog steeds niet.”
Dat heeft volgens hem voornamelijk te maken met de hoge kosten. Het in leven houden van 6 astronauten op 400 kilometer van de aarde in het ISS-station kost 10 miljard per jaar. “Voor een nederzetting op Mars gaan deze kosten gemakkelijk met een factor 50 omhoog. Je moet ontzettend veel voorraad meesturen, reserveonderdelen, voedsel en natuurlijk procestechnologie om zelf bijvoorbeeld bouwmaterialen te produceren. Het gaat om gigantische bedragen tussen de 50 en 100 miljard.”
Ruimtevaart zorgt voor andere kaders
Wel ziet hij dat innovatie sneller gaat door de commercialisatie van de ruimtevaart. “Overheden met een ruimteprogramma hebben soms de neiging om zelf te Willie Wortelen. Zo heeft de EU een computerchip voor in de ruimte ontwikkeld voor 100 miljoen, terwijl partijen als Intel hier veel meer kennis van hebben. Zij zouden aan de ontwikkeling van zo’n chip per week hetzelfde bedrag uitgeven, bij wijze van spreken. Je ziet dat bedrijven dit veel efficiënter oppikken, kijk naar Elon Musk met SpaceX.”
De tijd dat technologie uit de ruimtevaart voor verandering op Aarde zorgde is voorbij, denkt Rotteveel: “De investeringen om lucht te zuiveren zijn in de ruimtevaart vele malen lager dan bijvoorbeeld in de industrie. Dat heeft onder andere te maken met maatschappelijk besef. Kijk hoe snel batterijtechnologie zich de laatste jaren heeft ontwikkeld, dat zou niet gebeurd zijn zonder elektrische auto’s.”
“Maar aan de andere kant zorgt de ruimtevaart wel voor andere kaders waar je rekening mee moet houden. Je kunt geen bouwvakkers naar Mars sturen, bouwen zal gerobotiseerd gebeuren. Je moet andere materialen gebruiken of iets verzinnen om een nederzetting snel neer te zetten. Met de huidige woningnood zouden we dat hier ook wel kunnen gebruiken.”
Als je dit artikel leuk vindt, lees dan ook:
