Wetenschappers hebben alvast een broeikas voor op Mars ontworpen

Voordat we mensen naar Mars kunnen sturen, zijn er nog genoeg wetenschappelijke vraagstukken die we moeten oplossen. Wat eet je bijvoorbeeld op een planeet waar helemaal niets groeit?

Het bewijs dat NASA onlangs vond voor de aanwezigheid van water op Mars, riep vragen op over de mogelijkheid om op de planeet te leven. Die vraag is van belang, omdat er een kans is dat we er in de komende decennia enkele astronauten naartoe sturen. Maar die astronauten hebben niet alleen water nodig, ze moeten af en toe ook een hapje eten.

Daarom hebben onderzoekers van de Universiteit van Arizona acht jaar lang gewerkt aan het ontwerp van een broeikas waarin voedsel kan groeien, ook als de kas op Mars staat. Minstens net zo belangrijk: de broeikas produceert ook zuurstof.

"We gebruiken het als een broeikas, maar het is niet alleen maar een manier om voedsel te produceren. Het is ook een watergenerator, en de planten stoten zuurstof uit," legt Gene Giacomelli uit. Hij is tuinbouwingenieur en een van de hoofdonderzoekers van het project, dat deel uitmaakt van het Controlled Environment Agriculture Center van de universiteit. "Het is een klein, bio-regeneratief levensonderhoudend systeem, en dat is precies wat NASA ons had gevraagd te ontwikkelen."

Giacomelli legt uit dat het project al begon in 2000, maar dat het acht jaar duurde voordat NASA de subsidie voor het twintigkoppige team rondkreeg. Toen dat wel lukte kon de ontwikkeling beginnen, en nu is er een volledig functionerend prototype. De inklapbare, lichte kas is 5.5 meter lang en 2 meter in diameter, en maakt in feite deel uit van een groter ontwerp, met onder meer woonruimtes voor in totaal vier personen. "Het heeft weinig zin om een broeikas te maken als je niet in de buurt van die broeikas kan leven," aldus Giacomelli.

Het volledige bouwwerk is zo ontworpen dat het uit- en ingeklapt kan worden (mogelijk door een robot) zodra het ding op Mars aankomt, zodat alles klaarstaat wanneer de astronauten maanden later arriveren. De broeikas creëert ondertussen een kleinschalige versie van de aardse atmosfeer, die leven mogelijk maakt.

Het hydrocultuursysteem zorgt ervoor dat de planten kunnen groeien zonder aarde, terwijl het kunstmatige licht ervoor zorgt dat de planten efficiënt kunnen groeien. Een compostvat vangt het afvalwater van de astronauten en materiaal van de planten op, om daar vervolgens diezelfde planten mee te voeden. Een HVAC-apparaat vangt vocht op uit de lucht, om daar vervolgens schoon drinkwater van te maken. Maar hoewel de broeikas goed voor zichzelf en zijn bewoners kan zorgen, is-ie niet volledig zelfvoorzienend: om zowel de mensen als de planten in leven te houden, zou een wel heel specifieke planning nodig zijn.

"Je moet alles goed timen, en tegelijkertijd oogsten en zaaien. Er moet altijd iets groeien, want het is een dure en energievretende ruimte. Het zou zonde zijn als er een moment geen gebruik van wordt gemaakt," zegt Giacomelli aan de telefoon. "En dan moet je voorzichtig zijn dat je niet teveel eet, want anders produceer je te weinig zuurstof. Je kunt best een etentje houden, maar het zou treurig zijn als niet iedereen de volgende ochtend kan ademen."

Dat zal waarschijnlijk niet zo snel gebeuren, zegt Giacomelli – er denkt niet voor niets een heel team wetenschappers over na. Zij houden zich bezig met vraagstukken als: hoeveel water kunnen de astronauten per dag maximaal drinken? Hoe behoud je de balans tussen de voeding die een astronaut minimaal per dag moet binnenkrijgen en het aantal planten dat er nodig is om genoeg zuurstof te produceren? Welke gewassen zijn het meest efficiënt, zowel qua groeisnelheid als voedingswaarde? Giacomelli en zijn team wegen alle factoren zorgvuldig af, zodat ze precies weten wat we nodig hebben voordat ooit een voet op Mars hebben gezet.

Tot dusver heeft het team pas één prototype van de broeikas gebouwd, maar het plan is om er uiteindelijk drie te maken. Ze hebben al geëxperimenteerd met verschillende gewassen als aardbeien, basilicum, zoete aardappelen en tomaten. Giacomelli zegt dat het klimaat op Mars er niet zoveel toe doet – het bouwwerk zal genoeg geïsoleerd zijn van de atmosfeer. Het enige dat wel invloed kan hebben is de zwaartekracht, die iets meer dan een derde is van die op de Aarde. Astronauten van het International Space Station lieten afgelopen zomer echter al zien dat je eigenlijk geen zwaartekracht nodig hebt om een verse krop sla te eten.

De volgende stappen zijn volgens Giacomelli het uitbreiden van het prototype, en na een verloop van tijd een testversie naar Mars sturen, zodat het team zeker weet dat alles goed functioneert. Hij benadrukt dat het onderzoek extra onder de aandacht is gekomen door het onlangs gevonden bewijs voor de aanwezigheid van water op de planeet, en het verschijnen van de film The Martian, maar dat het idee voor deze broeikassen al veel langer bestaan. "Eigenlijk is het niet heel spannend wat we hebben gedaan. We laten een stel planten groeien in een bepaalde volgorde, om te voldoen aan de vraag van de markt," zegt hij. "Alleen bestaat onze markt uit vier mensen op Mars die zuurstof, water en voedsel nodig hebben."