Ein Photobioreaktor, im Auftrag des Deutschen Zentrums für Luft– und Raumfahrt (DLR) von der Universität Stuttgart entwickelt und von Airbus gebaut, soll einen Teil des vom Lebenserhaltungssystem „LSR“ an Bord der ISS gesammelten Kohlenstoffdioxid in Sauerstoff und Biomasse umwandeln.
Mit dem Photobioreaktor (PBR) bringt Airbus eine weitere Experimentieranlage auf die Internationale Raumstation ISS. Damit könnten bei zukünftigen Langzeitmissionen im Weltall wertvolle Ressourcen eingespart werden. Der PBR soll vom italienischen ESA-Astronauten Luca Parmitano während seiner „Beyond“-Mission installiert werden.
Recycling im All für lange Reisen
Künftige astronautische Forschungsmissionen sollen Menschen zu Mond und Mars bringen. Ein entscheidender Faktor dafür ist, die Mitnahmen von Ressourcen auf ein Minimum zu beschränken. Da Nachschub von der Erde schwierig und teuer ist, müssen die relevanten Stoffkreisläufe für Wasser, Sauerstoff und Nahrung größtmöglich geschlossen werden. Schmutzwasser wird bereits heute schon auf der ISS zu großen Teilen zu Frischwasser wiederaufbereitet.
Seit Oktober 2018 ist außerdem das Life Support Rack (LSR) der Europäischen Weltraumorganisation ESA auf der ISS installiert. Das von Airbus gebaute Rack, früher auch bekannt unter dem Namen ACLS (Advanced Closed Loop System) sammelt von den Astronauten ausgeatmetes Kohlenstoffdioxid (CO2) und wandelt dieses über einen Sabatier-Prozess mittels Elektrolyse wieder in Sauerstoff um. Das ISS-Experiment „PBR@LSR“ stellt eine Technologie-Demonstration dar, um CO2 in Sauerstoff und Biomasse umzuwandeln. Der PBR wird dazu an das physikochemisches System LSR angeschlossen (Hybrid-Ansatz) und bis zu 180 Tage betrieben. Dabei werden die Leistungsfähigkeit und Stabilität der Anlage ebenso wie die der Algenkultur aufgezeichnet und bewertet.
Als Photosynthese-Lieferant wurde die Mikroalge Chlorella vulgaris ausgewählt, die bereits heute vielseitig als Lebensmittel(-Ergänzung) genutzt wird. Sie ist sehr proteinhaltig. Etwa 30 Prozent der Astronautennahrung könnte künftig durch diese Algen-Biomasse ersetzt werden.
Die CO2-Versorgung soll überwiegend aus dem LSR erfolgen. Sollte einmal kein CO2 verfügbar sein, können die Mikroalgen auch aus einer mitgeführten CO2-Flasche versorgt werden. Alle 14 Tage werden die Algen mit einer Nährlösung gefüttert und gleichzeitig verdünnt, um so dem Algennachwuchs Platz zum Wachsen zu verschaffen. Nach Experiment-Ende werden die Leistungsfähigkeit und Lebenszyklen der Kultur ausgewertet. Mehrere Proben werden dafür zur gentechnischen Analyse auf die Erde zurückgeholt.
Biomasse soll Nahrung werden
Der Hybrid-Ansatz wie bei „PBR@LSR“ hilft nicht nur bei Langzeitmissionen im All. Auf diese Weise können generell Ressourcen eingespart und damit auch nachhaltiges Wirtschaften auf der Erde gesteigert werden. Der nächste technologisch wichtige Entwicklungsschritt wäre die Verarbeitung der geernteten Biomasse zu Nahrung. Bereits heute findet sich Chlorella vulgaris als Proteinquelle in zahlreichen Lebensmitteln. Im Gegensatz zur Verarbeitung am Boden müssen für die Raumfahrt noch geeignete und hocheffiziente Methoden entwickelt werden, die wenig Platz und Energie brauchen und dabei noch leicht sind.
