Algen für die Raumfahrt

Algenreaktor im Teststand - weltraumtauglich

Könnten Algen in Zukunft bei bemannten Langzeitmissionen die Astronauten mit Atemluft und Nahrung versorgen? Dieser Frage wollen Wissenschaftler 2018 auf der ISS nachgehen, indem sie in einem Weltraumexperiment Algen kultivieren. Bisherige Ingenieurmodelle geben Anlass zu Optimismus.

Langzeitmissionen zum Mars oder der Aufbau einer Station auf der Mondoberfläche erfordern Technologien zur Versorgung der Menschen mit Sauerstoff und Nahrung sowie zur Wiederaufbereitung von Kohlendioxid. Zentral ist die Minimierung des Nachschubbedarfs und eine gesteigerte Effizienz.

30 Prozent des Nahrungsbedarfs aus Algen

Das Institut für Raumfahrtsysteme (IRS) der Universität Stuttgart forscht an solchen Lebenserhaltungssystemen für die bemannte Raumfahrt. Seit 2010 liegt der Fokus auf biotechnologischen Systemen. Mit deren Hilfe kann man Sauerstoff aus Kohlendioxid zurückgewinnen und gleichzeitig essbare Biomasse produzieren. Viel Hoffnung setzen die Forscher auf Mikroalgen.

Für die Raumfahrtanwendung besonders geeignet ist die Mikroalgenspezies Chlorella vulgaris, da sie schnell wächst und wenig Platz und Wasser braucht. Die kugelförmige Mikroalge ist reich an Proteinen und könnte bis zu 30 Prozent des täglichen Nahrungsbedarfs der Astronauten decken.

Seit 2015 arbeitet das IRS gemeinsam mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt und der Firma Airbus Defence and Space an einem Weltraumexperiment für die Internationale Raumstation ISS. Es soll 2018 erstmalig die Funktionalität eines sogenannten hybriden Lebenserhaltungssystems nachweisen – ein Zusammenschluss von biotechnologischen mit den bisher gebräuchlichen physikalisch-chemischen Komponenten. Dabei soll Chlorella vulgaris in einem weltraumtauglichen Photobioreaktorsystem unter realen Weltraumbedingungen kultiviert werden.

Ingenieurmodell simuliert Bedingungen um Weltraum

Damit die Mikroalgen im All einmal optimal wachsen können, betreibt das IRS in seinen Labors ein Ingenieurmodell, das dem realen Photobioreaktorsystem für den Weltraum sehr ähnlich ist. In diesem Aufbau ist es den Forschern schon mehrfach gelungen, Chlorella vulgaris kontinuierlich über ein halbes Jahr hinweg zu kultivieren – so wie es 2018 auf der ISS geplant ist.

Neben den Ingenieurmodellen des Experiments und Entwicklungstests liefern die Stuttgarter die wesentlichen Komponenten für Flugmodell, das von Industriepartnern gebaut wird: zwei Photobioreaktorkammern, in denen die Mikroalgen kultiviert werden. Zudem bauen sie ein spezielles Geräts zur Ernte und zur Nährstoffversorgung der Mikroalgen durch den Astronauten – das sogenannte „Liquid Exchange Device“. Auch die Entwicklung und Vorbereitung der Mikroalgen-Startkulturen und Nährmedien-Fütterungseinheiten liegt in der Verantwortung der Stuttgarter Wissenschaftler.

Der nächste Schritt erfolgt am Mittwoch, dem 13. Dezember. Dann übergibt das IRS die zwei Photobioreaktorkammern zur Kultivierung von Mikroalgen offiziell an Airbus Defence and Space.

Bild: Photobiokammern im Teststand des IRS / Institut für Raumfahrtsysteme (IRS)