Vesmírné cestování a myšlenky futuristy o odpadcích (op-Ed)

Od úsvitu průmyslového věku lidé považovali zdraví životního prostředí za přinejlepším druhořadé. Znečišťujeme naše toky, řeky, jezera a oceány splachem pesticidů a hnojiv, těžebním a ropným odpadem, petrochemickými produkty a tisíci dalších nebezpečných produktů. Znečištění dosáhlo bodu, kdy je čištění našeho životního prostředí – v makro měřítku pomocí těžké techniky – nepraktické a navzdory současnému úsilí lidstvo prohrává boj o nakládání s odpadky. Komerční a vládou nařízená recyklace si nedokáže poradit se samotným objemem odpadu a tyto programy vynikají pouze při zpracování takových materiálů, jako je papír, hliník a ocel. Současné formy sběru a recyklace odpadu jsou v podstatě nepřijatelné.

Má tedy naše masivní problémy se znečištěním nějakou výhodu? Ano, věřím, že existuje naděje a ta vzejde ze zpracování odpadu v mikroměřítku, rozbití vazeb molekul biomechanickými prostředky, a je docela možné, že mnoho z těchto inovací může vzejít ze snah prozkoumat a žít v prostor.

Za pláckem na odpadky

Jsem zamilovaný do budoucnosti odpadků, do budoucnosti, ve které bude veškerý odpad plně recyklován nebo regenerován. K tomu je zapotřebí sbližování nových technologií a opravdová touha chránit životní prostředí.

Lidstvo čelí obrovským výzvám, zvládá stále rostoucí poptávku po čisté vodě a potravinách, šetří ubývající zdroje, přesouvá se na obnovitelné zdroje energie a zvrací dopady znečištění a změny klimatu, abychom jmenovali alespoň některé.

A pak jsou tu miliardy tun plastu, které byly za posledních 60 let odhozeny po celé naší planetě. V Tichém oceánu se nashromáždilo tolik trosek, že to bylo nazváno Velká pacifická smetí. Vědci se domnívají, že odpadky klesají pod povrch, což ztěžuje přesné měření množství odpadu.

Plasty, jejichž odolnost, nenákladnost a tvárnost z nich činí snadnou volbu pro spotřebitelské a průmyslové výrobky, tvoří většinu zbytků odpadků. V procesu zvaném fotodegradace, který je způsoben ultrafialovou (UV) složkou slunečního záření (záření o vlnové délce od 0,295 do 0,400 mikrometrů), se plasty rozložily na stále menší a menší kousky. National Geographic uvádí, že vědci nashromáždili až 750 000 kousků mikroplastu na jediném čtverečním kilometru Velké tichomořské odpadkové skvrny – to je asi 1,9 milionu bitů na čtvereční míli.

Čistší cesta do vesmíru

Expanze lidské rasy do vesmíru bude vyžadovat překonání nových a jedinečných problémů. Překážky, které byly překonány na počátku vesmírného průzkumu, již neocenitelně přispěly k dnešním technologiím a pomohly vyřešit problémy, kterým na této planetě čelíme.

Důležité je, že průzkum vesmíru nebude budoucností jen sond vypuštěných za účelem zkoumání asteroidů a vzdálených těles – čemuž tleskám –, ale co je důležitější, vytváření dlouhodobých stanovišť, jak vládních, tak komerčních misí, které Buzz Aldrin vhodně nazývá „trvalost“. " Bývalý astronaut a postdoktorand MIT nastínil ambiciózní a praktický plán kolonizace Marsu.

Vzhledem k skličujícím výzvám, kterým dnes země čelí – tenčící se vzácné zdroje, dopady změny klimatu, vypuknutí smrtelných nemocí, dlouhodobé konflikty a masová lidská migrace – nemohou být projekty 100% recyklace/rekultivace vysoko na seznamu jejich priorit. Dlouhodobý vesmírný průzkum však bude mít priority jako jídlo, vodu, kyslík, paliva, kontrolu životního prostředí, ochranu před slunečním zářením a rostoucí hromadu utracených materiálů… odpadu.

Dlouhodobé bydlení bude vyžadovat extrémně efektivní hospodaření se zdroji vody, vzduchu, organických látek a anorganických látek: položek, které se po opotřebení obvykle dostávají do našich hromad odpadu a sestávají ze všeho, od těsnění dveří po spotřebovaná maziva. Naši vědci budou muset přistupovat k výzvě recyklace s ohledem na 100procentní řešení a recyklace anorganických látek bude představovat největší výzvu. Jednoduše řečeno, odpad bude stát příliš mnoho, aby bylo možné poslat zpět na Zemi, a bylo by neocenitelné, kdyby bylo možné tento odpad plně recyklovat na komponenty užitečné pro životní prostředí. S ubývajícími zdroji Země, čím lépe dokážeme recyklovat a regenerovat to, čemu dnes říkáme „odpad“a znovu to použít v našich komerčních produktech, tím více můžeme prodloužit životnost zdrojů Země.

Rozbití odolného odpadu

Petrochemické produkty – od syntetického kaučuku a rozpouštědel až po vlákna a plasty – mohou být degradovány různými mikroorganismy, které přerušují uhlíkové vazby za vzniku vedlejších produktů, jako je metan, oxid uhličitý a voda. A vesmírná stanoviště představují ideální prostředí pro experimenty s uzavřenými systémy využívajícími bioinženýrské mikroorganismy k recyklaci petrochemických produktů, kde by v případě náhodného úniku organismů mohlo být vhodné otevřít testovací oblast vakuu. Proč experimentovat s bioinženýrskými mikroorganismy? Existuje mnoho příkladů, které tomuto konceptu dodávají důvěryhodnost.

Před čtyřiceti lety Shinichi Kinoshita, Sadao Kageyama, Kazuhiko Iba, Yasuhiro Yamada a Hirosuke Okada objevili kmen Flavobacterium, který trávil určité vedlejší produkty z výroby nylonu-6, formy nylonového vlákna, které je houževnaté a má vysokou pevnost v tahu. stejně jako elasticita. Vlákna jsou nemačkavá a vysoce odolná proti oděru a chemikáliím, jako jsou kyseliny a zásady. Je výmluvné, že tyto látky, které před rokem 1935 neexistovaly, se staly zdrojem energie pro bakterie. Mikroorganismy se svou úžasnou rychlostí rozmnožování se mohou rychle vyvíjet, aby se přizpůsobily neustále se měnícímu prostředí.

Výlet do amazonského národního parku Yasuni studentů Yaleovy univerzity a profesora molekulární biochemie Scotta Strobela vyústil v objev endofytických hub (houby) schopných požírat polyuretanové plasty. (Polyuretan je syntetický polymer, který je základem většiny dnešních plastů.)

Zjistilo se, že metanogenní konsorcia, různorodá skupina široce rozšířených archaebakterií, které se vyskytují v anaerobním prostředí a jsou schopny produkovat metan z omezeného počtu substrátů – včetně oxidu uhličitého, vodíku, acetátu a methylaminů – rozkládají styren a používají jej jako uhlík. zdroj a různé houby rozložily měkčený polyvinylchlorid (PVC). Půda, biostimulovaná zavedením pšeničné biomasy, silně ovlivnila typy hub množících se na polyuretanu. Bylo zjištěno, že nejaktivnější z hub degraduje polyuretan do té míry, že materiál ztratil až 95 procent své pevnosti v tahu.

Jedním příkladem petrochemické degradace je tyčinkovitá bakterie Alcanivorax borkumensis, která se vyskytuje v oceánech. Bakterie spotřebovávají alkany, formu uhlovodíku, jako svou primární formu energie a rozkládají je na oxid uhličitý a vodu. Je aerobní a preferuje slané prostředí, jako jsou vody oceánu. Tyto prastaré bakterie, které se zde vyskytují od doby, kdy planeta začala prosakovat uhlovodíky ze dna oceánů, vykvetly ve velkém množství po úniku ropy z Deep Horizon v Mexickém zálivu a přispěly k odstranění uhlovodíků z vod Perského zálivu.

Útok mikroorganismů na petrochemické látky je neustálý od příchodu každého produktu. Bylo zjištěno, že dokonce i vesmírná stanice & Mir pěstovala více než 70 druhů bakterií, plísní a hub ve volném kondenzátu, plovoucích vodních koulích, které se schovávaly za takovými oblastmi, jako jsou elektrické panely stanice - a plísně jsou schopny degradovat kaučuk na stravitelné sloučeniny.

Článek z aplikované a environmentální mikrobiologie podrobně popisuje druhy kvasinek, bakterií, řas a lišejníků, které byly nalezeny rostoucí na artefaktech ze syntetických polymerů a degradující je v muzeích a na archeologických nalezištích. Plísně a bakterie byly zodpovědné za zvýšenou ztrátu změkčovadel v PVC a enzymatickou aktivitu na polyuretanových produktech. Dřevo degradující houby a bakterie enzymaticky degradovaly nylon a houby produkující melanin fyzikálně narušovaly akryl.

Dokonce i fenolové pryskyřice, fenolformaldehydové polymery - klíčové složky v takových produktech, jako je bakelit - byly pozorovány, jak jsou degradovány, v tomto případě houbou bílé hniloby, Phanerochaete chrysosporium. Tyto polymery byly považovány za biologicky neodbouratelné a od roku 2006 se ve Spojených státech vyráběly produkty tohoto typu ročně 2,2 milionu metrických tun.

Technická životnost pro zpracování odpadu

Vesmírná stanoviště se svou úplnou izolací představují vynikající příležitost pro experimenty s nakládáním s odpady v malém měřítku, které by zahrnovaly geneticky modifikované mikroorganismy. Bohužel tyto typy experimentů nebudou prioritou v raných fázích stanovišť. Zásoby budou příliš vzácné na to, aby je bylo možné spotřebovat při experimentech typu „hezké mít“. Když se však biotopy rozšíří do velikosti kolonií, v nichž žijí tisíce obyvatel, „hezké mít“se může stát „nezbytným mít“a tlak na vývoj účinných procesů recyklace anorganických látek, jako jsou plasty, se bude s růstem kolonií jen zvyšovat..

Vytváření a používání geneticky upravených bakterií, hub, kvasinek, řas, lišejníků a podobně k recyklaci petrochemických produktů, dokud nebudou vyvinuty alternativní, snadno recyklovatelné materiály, bude odpovědností oborů, jako jsou biochemici, genetici a inženýři – nebo společně to, co já chtějí zavolat bioalchymisty odpadového hospodářství.

Ať už vynaleznou dlouhodobé vesmírné biotopy jakékoli nové technologie pro nakládání s anorganickými odpady, recyklaci materiálu na znovu použitelné komponenty, stavební produkty nebo jiné praktické účely, vroucně doufám, že se promění v dobro pro řešení problémů Země.

První krok na Zemi by mohl omezit aplikace na kontrolovaná zařízení, zpracovávající odpadky z domácností a podniků. Později, s následnými iteracemi, které omezují životní cykly mikroorganismů, mohou být řešení aplikována na otevřené vody a krajiny Země. Sláva budoucnosti odpadkového hospodářství!

Možná v budoucnu mohou být komerční produkty vytvářeny prostřednictvím technologií, jako je nano-výroba. Odstranilo by to problém s vymýšlením recyklačních metod nebo hledáním míst, kam zahrabat naše odpadky, protože tyto produkty by se daly opravit nebo recyklovat obrácením procesu výroby nanotechnologií – nebo použitím „nanitů“, jak je nazývám ve své sérii vědeckých článků – beletristické romány, "Stříbrné lodě."

Jako ekolog nepovažuji tyto budoucí inovace za příjemné. Vnímám je jako ekonomickou nutnost. Pokud si přejeme mít ten luxus času na zkoumání naší sluneční soustavy, budování stanovišť na vzdálených planetách a měsících a zapojování komerčních podniků, musíme zajistit zdraví globální ekonomické základny, ze které budou pocházet finanční prostředky a zdroje, které budou zásobovat náš vesmír. průzkumné snahy.

V současnosti se naše celosvětová populace odhaduje na 7,27 miliardy lidí a do poloviny 21. století se očekává, že toto číslo dosáhne 9,6 miliardy. Bez ohledu na rozsah našich výprav do vesmíru zůstane naprostá většina těchto lidí na Zemi a pokud mají přispět ke globální ekonomice, budou potřebovat zdravé a bezpečné prostředí. Zajistit, aby lidé žili v povzbuzujícím prostředí, by bylo nejen dobrou ekonomikou, ale bylo by to správné.