Um sistema móvel de tratamento de águas residuais, construído no Kennedy Space Center da NASA, na Flórida, que pode ajudar a preparar missões de longa duração na Lua e em Marte, partiu do espaçoporto e chegou à University of North Dakota, em Grand Forks. Estudantes de pós-graduação da universidade vão testar a tecnologia sob condições projetadas para imitar de perto os desafios de operar em outra superfície planetária.
A Divergent Deployable Wastewater Treatment Facility foi criada para transformar as águas residuais da tripulação em recursos úteis, que futuros exploradores precisarão diariamente. Na University of North Dakota, equipes vão integrar este novo sistema de águas residuais ao Integrated Lunar/Martian Analog Habitat da universidade. Operadores estudantes e pesquisadores da NASA vão estudar como a instalação se comporta quando conectada a um ambiente semelhante ao de um habitat e exposta aos tipos de limites operacionais que as tripulações poderiam enfrentar em outro planeta.
“O programa Artemis da NASA está lançando as bases para uma presença humana sustentada na Lua, onde habitats precisarão operar muito longe da cadeia constante de reabastecimento que sustenta astronautas em gravidade parcial”, disse Luke Roberson, líder de sistemas de águas de superfície no Mars Campaign Office da NASA Kennedy. “Para enfrentar esse desafio, estamos desenvolvendo o futuro de sistemas sustentáveis de superfície lunar para processar águas residuais em insumos nutritivos para plantas e em biomanufatura.”
Alojada dentro de um trailer de 8,5 por 24 pés, a instalação reúne três sistemas de reatores biológicos, um jardim vertical, equipamentos de polimento de água, monitoramento ambiental, software de controle autônomo e sistemas de segurança. O trailer foi equipado na NASA Kennedy para funcionar como um laboratório implantável e para viajar entre pelo menos dois locais de testes de simulação à medida que a tecnologia amadurece.
Diferentemente dos sistemas de águas residuais na Terra, esta instalação mantém os fluxos de resíduos separados. Essa abordagem divergente é importante para pequenas tripulações, porque as águas residuais de quatro a oito pessoas podem ser altamente concentradas. Urina, água de higiene, água de lavanderia, resíduos fecais e resíduos de alimentos contêm níveis diferentes de sais, sólidos, carbono, nitrogênio, fósforo e outros compostos. Tratar cada um separadamente permite que cada fluxo seja processado pelo reator mais adequado para a tarefa.
Para isso, o sistema usa três bioreatores diferentes para tratar os fluxos de resíduos. O Anaerobic Phototrophic Membrane Bioreactor processa resíduos fecais e de alimentos e os converte em uma água residual rica em nutrientes, capaz de sustentar o crescimento de plantas. O Suspended Aerobic Membrane Bioreactor processa urina e água de descarga. O Membrane Aerated Biological Reactor trata águas cinzas provenientes de atividades de higiene e lavanderia. Em conjunto, os bioreatores processam nutrientes para alimentar o jardim vertical da instalação e preparar a água para reutilização. Dentro desse jardim, as culturas crescerão hidroponicamente, ou seja, sem uso de solo, por meio de soluções nutritivas derivadas dos bioreatores. Pesquisadores vão comparar o desempenho das culturas com plantas cultivadas usando nutrientes hidroponicos padrão.
NASA’s Dr. Roberson demonstrando a Divergent Wastewater Treatment Facility para o presidente da UND, Dr. De Leon, e para Dr. Robert Kraus, reitor da School of Aerospace Sciences da UND.
University of North Dakota
Em North Dakota, sob um grant da NASA EPSCoR (Established Program to Stimulate Competitive Research), a instalação foi conectada ao Integrated Lunar/Martian Analog Habitat por meio de uma interface de banheiro que inclui um vaso sanitário com desvio de urina. A configuração permitirá separar diferentes fluxos de resíduos na origem e enviá-los aos sistemas de tratamento corretos. Em paralelo, a equipe de Ali Alshami está desenvolvendo tecnologias inovadoras de separação baseadas em membranas, destinadas a integração futura na instalação de águas residuais divergente, para melhorar a eficiência de recuperação de água, a rejeição de contaminantes e a resiliência geral do sistema para missões de habitação de longa duração.
“Os testes ajudarão a NASA a avaliar a operação no mundo real, as necessidades de treinamento da tripulação, a confiabilidade do sistema e como simulantes de águas residuais se comparam aos resíduos metabólicos humanos reais em um ambiente de missão análoga”, disse Alshami.
Esses esforços estão focados em avançar abordagens compactas e eficientes em termos energéticos de tratamento, capazes de lidar com fluxos complexos de águas residuais gerados em ambientes extraterrestres de ciclo fechado.
“Campanha de testes na University of North Dakota apoia o amadurecimento da tecnologia da instalação, saindo da validação em escala de laboratório rumo à demonstração em um ambiente relevante de Inflatable Lunar/Martian Analog Habitat”, disse Pablo De Leon, professor e chefe do departamento de Space Studies na University of North Dakota.
As lições aprendidas podem orientar futuros testes com maior fidelidade, incluindo possível integração com as próximas missões simuladas de Marte de um ano da NASA, por meio de análogos de isolamento na agência Johnson Space Center, em Houston.
Tecnologia para tornar uma base lunar sustentável
O trabalho faz parte do esforço mais amplo da NASA, o Bioregenerative Life Support Systems, que desenvolve abordagens biológicas para reduzir a dependência de insumos fornecidos pela Terra. Em futuros habitats lunares ou marcianos, sistemas como a instalação de tratamento de águas residuais poderiam ajudar a fechar os ciclos do suporte à vida, recuperando água, reciclando nutrientes, apoiando a produção de culturas e reduzindo a quantidade de resíduos que precisa ser armazenada ou descartada. Pesquisas adicionais da NASA, concluídas com estudos de trade-off, demonstram como o suporte à vida bioregenerativo se torna mais eficaz para viagens espaciais do que tecnologias atuais de suporte à vida.
Pesquisadores da NASA também estão explorando como recursos recuperados de águas residuais poderiam apoiar a manufatura no espaço. Um esforço investiga como água rica em nutrientes, proveniente de sistemas bioregenerativos de águas residuais, poderia alimentar microrganismos que produzem ácido lático, que pode ser convertido em ácido polilático. O material poderia servir um dia como ligante para impressão 3D com regolito lunar ou marciano, o material solto e fragmentado da superfície, ou poderia ser usado para peças de reposição, estendendo o valor dos resíduos recuperados além dos sistemas de água e alimentos.
“Ao enviar a instalação do NASA Kennedy para North Dakota, a agência está levando uma parte-chave dessa economia circular para fora do laboratório e para um teste no mundo real”, disse J.J. Edelmann, líder do domínio de sistemas de superfície no Mars Campaign Office da NASA Headquarters, em Washington. “O trabalho pode começar com águas residuais, mas seu objetivo é muito maior. Queremos ajudar futuras tripulações a viver de forma sustentável na Lua, aprender como operar mais longe da Terra e levar essas lições adiante para Marte.”