回收利用太空中的人造废物

【摘要】想像你正在前往火星，而在太空行走时你会失去一个关键的工具。不用担心，您只需重新输入您的航天器，并使用一些微生物将尿液和二氧化碳（CO2）转化为新的化学物质。科学家们正在开发延长太空旅行航程的方法，这是研究长途太空旅行的目标之一。

【图注】未来可以从长途太空旅行中回收利用人造废物。

宇航员不能在太空中占用大量备件，因为每增加一盎司会提高逃离地球重力所需的燃料成本。Mark A. Blenner博士说：“如果宇航员要进行几年的旅程，我们需要找到一种回收利用人造废物的方法。这将使原子经济变得非常重要。”

解决方案在于宇航员本身，他们将不断地从呼吸，饮食和使用材料中产生废物并浪费资源。Blenner说，与地球上不同，太空中尽量不要丢弃任何废物分子。所以他和他的团队正在研究如何重新利用这些分子，并把它们转化成宇航员所需要的产品，如聚酯和营养物质。

Clemson大学的Blenner说，一些必需的营养素，如ω-3脂肪酸，保质期只有几年。他们需要在发射后几年开始准备该营养素，或在目的地直接进行合成。他说：“只要拥有一个生物系统，宇航员就可以从废物的休眠状态将其唤醒，开始生产他们所需要的，他们的需要是我们项目的动机。”

Blenner的生物系统包括酵母解脂耶氏酵母（Yarrowia lipolytica）的各种菌株。这些生物需要氮和碳的生长。Blenner的研究小组发现酵母可以在未处理的尿液，从尿素中获得氮。同时，酵母可以从二氧化碳中获取碳，这可以来自宇航员呼出的气息，也可以来自火星的气氛。但是得使用二氧化碳，酵母需要一个介质将碳“固定”成可以吸收的形式。为此，酵母需要依赖研究人员提供的光合蓝细菌或藻类。

酵母菌产生的ω-3脂肪酸菌株，有助于心脏，眼睛和大脑的健康。另一种菌株已被搅拌成单体状，并将它们连接成聚酯聚合物。然后可以将这些聚合物用于3-D打印机中可产生新的塑料部件。Blenner的团队正在继续设计这种酵母菌株以产生可以聚合成具有一系列性质的不同类型聚酯的各种单体。

目前，工程酵母菌株只能生产少量的聚酯或营养成分，但科学家正在努力提高产量。他们还在寻找地球上的应用，诸如养鱼和人类营养等领域。例如，通过水产养殖的鱼需要给予ω-3脂肪酸补充剂，这可以由Blenner的酵母菌株产生。

“虽然其他研究团体也在研究酵母，但他们并没有采取相同的做法。例如，来自DuPont的一个团队已经在使用酵母来制造水产养殖中的ω-3脂肪酸，但是它的酵母饲料是精制糖而不是废物”，Blenner说。同时，另外两个团队是制作聚酯的工程酵母。然而，与Blenner的团队不同，他们并不是为了优化生产聚酯类型而设计生物体。

无论他们的做法如何，这些研究人员都在扩展关于解脂耶氏酵母的知识体系，该项研究比啤酒生产中使用的酵母要少得多。Blenner说：“我们正在学习解脂耶氏酵母与其他酵母在遗传学和生物化学性质上的明显差异。每一个新生物体都有一些你必须关注和理解的奇特性。”

文献链接：Turning human waste into plastic, nutrients could aid long-distance space travel

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