Viaggi interstellari: presto potremo farli con le alghe

Soffermiamoci un momento sulle alghe. La sostanza verde vischiosa che si accumula sulla superficie dei laghi è l’eroe silenzioso della Terra, responsabile della produzione di almeno la metà dell’ossigeno che respiriamo oggi.

Una delle maggiori sfide nella preparazione per il volo spaziale umano a lungo termine è trovare un modo per fornire gli elementi essenziali della sopravvivenza: cibo, rimozione dei rifiuti, protezione dalle radiazioni, acqua e, sì, ossigeno. Se hai intenzione di passare anni su un’astronave, non puoi portare con te tutto ciò di cui hai bisogno. Avrai bisogno di coltivarlo da solo.

Il loro impiego sulla Stazione Spaziale Internazionale

Esistono varie soluzioni per ogni singola esigenza, ma ora una linea emergente di ricerca suggerisce che le alghe potrebbero essere la chiave per inaugurare viaggi spaziali a lungo termine. “Il mio gruppo crede che sia possibile affrontare quasi tutti i bisogni metabolici dell’astronauta con un unico sistema di alghe“, afferma Emily Matula, dell’Università del Colorado.

Matula sta attualmente lavorando per il suo dottorato di ricerca che studia come eliminare il calore residuo utilizzando sistemi simili a quelli a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). L’intenzione è quella di alloggiare all’interno della Stazione una serie di bobine piene d’acqua. Quando il calore viene rilasciato dagli astronauti all’interno della ISS e dagli altri esperimenti che si svolgono lì, l’acqua si riscalda. Quando l’acqua nelle bobine raggiunge una certa temperatura, viene pompata oltre una piastra fredda che è a sua volta collegata all’esterno della stazione spaziale. Il calore si sposta dall’acqua alla piastra, venendo quindi espulso fuori dalla ISS.

“Dato che abbiamo un certo volume assegnato ai cicli d’acqua, la mia idea era di riempire i circuiti d’acqua con coltura algale in modo che da avere due processi del sistema di supporto vitale affrontati con un’unica soluzione“, afferma. Matula sta studiando in che modo le alghe reagirebbero una volta allocate all’interno di questi sistemi, che naturalmente comportano temperature oscillanti e se siano ancora in grado di utilizzare l’anidride carbonica per produrre ossigeno alle velocità richieste.

Non ha ancora pubblicato i risultati, ma dice che questo sistema “ha il potenziale per risparmiare su massa, potenza e volume lanciati in orbita“. L’altra applicazione è la rivitalizzazione dell’aria (rimozione dell’anidride carbonica e produzione di ossigeno) che è essenziale per consentire agli astronauti di respirare. Funziona sicuramente sulla Terra: le stime registrano la quantità di ossigeno fornita dalle alghe tra il 50 e l’80%. Tuttavia, replicare tutto ciò nello spazio è difficile.

In passato, ne è già stata confermata l’efficacia!

In un esperimento in Russia nel 1961 un uomo visse per 30 giorni in una stanza di soli 4,5 metri cubi, usando solo alghe per trasformare l’anidride carbonica in ossigeno, secondo il libro Environmental Biotechnology.

Dopo tre giorni i livelli potenzialmente nocivi di monossido di carbonio si sono stabilizzati e, dopo 12 giorni, anche il metano emesso dal suo stesso corpo. Ma, secondo Matula “i dati su questo esperimento non sono pienamente attendibili“.

Space Algae: una possibilità concreta

Tutto ciò, naturalmente, ha ben poca rilevanza pratica se non è possibile coltivare le alghe nello spazio. In corso da febbraio ad agosto dello scorso anno, l’esperimento Space Algae della NASA sulla ISS ha studiato il modo in cui le alghe crescono in condizioni di microgravità.

“Volevamo trovare un modo più pratico per far crescere le alghe nelle culture liquide nello spazio“, afferma Mark Settles, dell’Università della Florida, che è stato uno dei pionieri del progetto. “Le alghe crescono più velocemente nei liquidi, ma ci sono una serie di complicazioni per la gestione dei liquidi in condizioni di microgravità“.

Hanno anche testato se determinate variazioni genetiche potessero favorire la sopravvivenza delle alghe nello spazio. Nell’arco di sei mesi, hanno indotto mutazioni sottoponendole alla luce UV, per poi coltivare ogni diverso ceppo per 40 generazioni. “Volevamo capire quali geni fossero davvero importanti per far crescere le alghe sulla Stazione Spaziale” dice Settles.

Una sola sostanza, infinite applicazioni!

Una delle applicazioni più interessanti è quella di usare le alghe come fonte di cibo, poiché molti tipi sono addirittura commestibili. “A fini alimentari, è più che probabile che vengano utilizzate come integratore alimentare piuttosto che come ingrediente di base“, dice Kevin Tire, analista del carico utile presso la Stazione Spaziale Internazionale, che ha gestito l’esperimento Space Algae della NASA.

E c’è una potenziale loro applicazione anche per la schermatura delle radiazoni. Nello spazio, gli astronauti sono bombardati da particelle altamente energetiche note come radiazioni cosmiche. Bloccare quelle radiazioni è la chiave per aiutarci a sopravvivere nello spazio.

Le alghe crescono in una coltura liquida, e se i reattori sono posizionati all’esterno della nave spaziale, potrebbero essere usate come parte dello scudo per bloccare le radiazioni, dice Settles. “L’acqua servirebbe da schermatura, ma le alghe dovrebbero tollerare la radiazione cosmica“, dice.

Potrebbero anche contribuire alla rimozione dei rifiuti. Se i rifiuti umani vengono utilizzati come fonte di cibo per le alghe, esse ricicleranno sostanze nutritive come il fosforo e l’azoto in una forma che gli astronauti potrebbero potenzialmente consumare. Questo potrebbe essere utile anche sulla Terra. “I paesi a risorse limitate potrebbero essere interessati a utilizzare le alghe per la rimozione dei rifiuti industriali o umani“, afferma Matula.

L’impiego delle alghe come combustibile

Infine, l’esperimento ha esaminato l’utilizzo di alghe nella produzione di oli per biodiesel o carotenoidi di alto valore, come la vitamina A. “Sia l’olio che i carotenoidi sono prodotti a livelli più alti quando le cellule sono stressate dall’ambiente” dice Settles. Ad esempio se sono nutrite con azoto o zolfo, producono oli densi di energia. “Stiamo testando i nostri campioni nello spazio per verificare se la crescita delle alghe nello spazio produce più petrolio che sulla Terra.”

“A lungo termine, questo potrebbe essere utile per la produzione di materiali anche nello spazio: gli oli prodotti dalle alghe possono essere utilizzati per produrre plastica o combustibile in viaggio“, afferma Settles.

Naturalmente, usare le alghe nello spazio potrebbe anche essere pericoloso. Ad esempio, se l’ossigeno di scarto non venisse rimosso abbastanza rapidamente, la loro crescita inizierebbe a rallentare. Un altro esempio è la contaminazione da sostanze chimiche o batteri; se le alghe vengono alimentate o i rifiuti non sono stati trattati correttamente, possono diventare pericolose per chi le consuma. Ad esempio, se gli astronauti consumano  caffeina o antibiotici, che non sono naturali per le alghe,queste sostanze possono accumularsi in esse, con effetti nocivi su chi le consuma.

Il futuro è sempre più verde

Per ciascuna delle esigenze (rimozione del calore, rimozione dei rifiuti, rivitalizzazione dell’aria, acqua, protezione dalle radiazioni e carburante) le alghe hanno mostrato risultati promettenti, ma “nessuno ha esaminato tutte queste applicazioni contemporaneamente“, afferma Matula.

Ma Wheeler non pensa che debbano essere combinati in un unico sistema. “In teoria è possibile avere una gamma di più tipi di alghe e reagenti, magari facendo loro ricoprire diverse funzioni“, dice. “Ma sarebbe difficile farlo con un solo tipo di sistema.”