Hoe produceer je jarenlang vers voedsel op een plek waar nauwelijks water beschikbaar is en waar aanvoer vanaf aarde kostbaar en onzeker is? NASA, de Canadian Space Agency en het Duitse ruimtevaartcentrum DLR werken aan een demonstrator voor een volledig gecontroleerde kas voor toekomstige maanbases. Het project is niet alleen interessant voor ruimtevaart. Technologie voor waterrecycling, klimaatregeling, sensoren en autonome teelt kan ook relevant worden voor voedselproductie op aarde.
NASA, CSA en DLR hebben afspraken gemaakt over de voorbereiding van de Lunar Agriculture Module – Ground Test Demonstrator (LAM-GTD). Het systeem moet inzicht geven in de manier waarop groenten en andere gewassen kunnen worden geteeld onder omstandigheden die vergelijkbaar zijn met die van een toekomstige maanbasis.
Het gaat voorlopig om een demonstrator op aarde. Uiterlijk in 2032 moet duidelijk worden hoe het systeem daadwerkelijk wordt gebouwd.
Kas wordt onderdeel van het life-supportsysteem
Voor een langdurig verblijf op de maan is voedselproductie meer dan een kwestie van verse sla op het menu. Planten kunnen onderdeel worden van het technische life-supportsysteem van een habitat. Ze nemen CO₂ op, produceren zuurstof en spelen een rol bij het recyclen van water.
Daarmee ontstaat een interessante systeemintegratieopgave. Kas en leefomgeving moeten niet als afzonderlijke installaties functioneren, maar energie, water en gassen met elkaar uitwisselen.
De geplande demonstrator bestaat daarom uit drie delen. In een Ground Agriculture Module worden gewassen met een hoge teeltdichtheid geproduceerd. Een Airlock Module regelt druk en de samenstelling van de atmosfeer. Daarnaast wordt een bemande habitat gesimuleerd.
Onderzoekers willen daarmee onder meer vaststellen hoe zuurstof, CO₂ en water tussen beide systemen kunnen worden uitgewisseld en hoe de planten reageren op een gecontroleerde atmosfeer met een lagere luchtdruk.
Vijf jaar telen op Antarctica
DLR begint daarbij niet bij nul. Het onderzoekscentrum experimenteerde vanaf 2018 vijf jaar met de EDEN ISS-kas op Antarctica. De extreme en afgelegen omgeving fungeerde als testlocatie voor voedselproductie onder omstandigheden waarin een systeem zo veel mogelijk zelfstandig moet functioneren.
Daarbij werd niet alleen gekeken naar de opbrengst van de planten. Onderzoekers verzamelden ook gegevens over betrouwbaarheid van de installatie, energie- en waterverbruik, microbiologie, voedselveiligheid en de benodigde arbeid.
Dat laatste is voor een maanbasis belangrijk. Een astronaut is een kostbare operator. Een teeltsysteem dat dagelijks veel menselijke aandacht nodig heeft, is daarom weinig aantrekkelijk. Automatisering en uiteindelijk vergaande autonomie worden belangrijke ontwerpcriteria.
Sensoren moeten de teler vervangen
Daar raakt het project direct aan technologie waarmee ook de Nederlandse hightech- en agrifoodsector bezig is. In een maanmodule kunnen planten niet simpelweg door een ervaren teler worden beoordeeld. Sensoren en regeltechniek moeten continu vaststellen of klimaat, water, voedingsstoffen en plantontwikkeling binnen de gewenste marges blijven.
Een toekomstige ruimtevaartkas wordt daarmee in feite een gesloten, sterk geautomatiseerde productiefaciliteit voor voedsel. Klimaatregeling, waterbehandeling, visiontechnologie, sensoren, software en datagedreven procesbesturing moeten samen een robuust systeem vormen.
Bovendien moet het systeem efficiënt omgaan met iedere kilogram materiaal en iedere liter water. Reserveonderdelen, grondstoffen en energie zijn immers beperkt beschikbaar.
Technologie terug naar aarde
Juist die extreme randvoorwaarden maken ruimtevaart interessant als ontwikkelomgeving voor aardse toepassingen. Technologie die onder zulke beperkingen betrouwbaar voedsel kan produceren, kan ook bruikbaar zijn in droge gebieden of op locaties waar water, arbeid of landbouwgrond schaars zijn.
DLR wijst onder meer op gespecialiseerde kassen voor droge en onherbergzame gebieden. Nauwkeuriger regelen van het teeltproces kan daarnaast het gebruik van water en gewasbeschermingsmiddelen verminderen.
Daarmee wordt LAM-GTD meer dan een kas voor astronauten. Het project brengt controlled-environment agriculture, automatisering en gesloten kringlopen samen in een omgeving waarin verspilling vrijwel niet is toegestaan.
Voor machinebouwers en technologiebedrijven zit juist daarin de interessante les: ruimtevaart dwingt ontwikkelaars om processen die op aarde nog deels afhankelijk zijn van mensen, overvloedige hulpbronnen en externe infrastructuur, om te zetten in compacte, autonome en uiterst efficiënte systemen. De maan fungeert daarmee als extreme proeftuin voor technologie die uiteindelijk ook dichter bij huis waarde kan krijgen.
