Ruimtelandbouw: Ook ruimtevaarders eten het liefst vers

Zowat het bekendste voorbeeld van landbouw in de ruimte speelt zich af op het witte doek. In de film The Martian strandt astronaut Mark Watney, vertolkt in de film door Matt Damon, alleen op Mars. Hij probeert een jarenlang verblijf in een vijandige omgeving te overbruggen door zelf aardappelen te telen in de Mars-grond met de uitwerpselen van hem en zijn crew als meststof.

Het verhaal werd alom geprezen voor haar realisme. Toch mag je niet verwachten dat toekomstige ruimtevaarders hun voedsel op dezelfde manier als Matt Damon zullen produceren, zegt bioloog Angelo Vermeulen.“Een aantal chemische stoffen in de grond op Mars zijn giftig voor planten. Momenteel vinden wel proeven plaats op nagebootste Marsbodems om de mogelijkheden te onderzoeken.”

Boerderijen op andere planeten of manen zullen eerder groeikamers zijn die uitgerust zijn met hydrocultuur. Die groeikamers worden dan bedekt met een laag maan- of Mars-grond om de gewassen te beschermen tegen inslagen van micrometeorieten en straling. “In een gecontroleerde omgeving kunnen de ruimtevaarders elke parameter – lichtkleur en -intensiteit, nutriënten, CO2, luchtvochtigheid... – sturen om de opbrengst te maximaliseren.”

Echte ruimteboerderijen draaien voorlopig nog niet in een baan rond de aarde, maar onderzoekers experimenteren wel al langer met planten buiten de beschermende atmosfeer van de aarde. De eerste zaden werden op een raket gezet in de jaren 40, waarna de Russen in 1982 de eerste plantenzaden deden ontkiemen en groeien in een ruimtestation. China ontkiemde in 2019 een katoenplantje in een onbemand ruimtevaarttuig op de maan. Australië wil dat experiment binnenkort herhalen.

Circulaire landbouw

Het Amerikaanse ruimtevaartagentschap NASA plant om in 2027 terug astronauten op het oppervlakte van onze maan te landen, en toekomstige missies zijn van plan om terug te keren. Ook een eerste bezoek van de mens op Mars en een meer permanente aanwezigheid op de rode planeet staan in de steigers. De kortste ruimtereis naar Mars duurt echter minstens 7 maanden. Genoeg eten voor 1 of meerdere astronauten neemt kostbare plaats en gewicht in, dat naar wetenschappelijke experimenten of andere levensnoodzakelijke uitrusting kan gaan.

“Voor langdurige missies in de ruimte en op andere planeten is een voortdurende aanvoer van voedsel logistiek niet haalbaar en enorm duur”, aldus Vermeulen. Hij is als onderzoeker betrokken bij het Melissa-programma van het Europees ruimteagentschap (ESA), dat onderzoek doet naar bioregeneratieve levensondersteunende systemen. “In kunstmatige, gesloten ecosystemen zouden astronauten op een circulaire manier aan landbouw kunnen doen.”

“Die systemen recupereren CO2 en de nutriënten in menselijke meststoffen om voeding en zuurstof te produceren, waardoor ze ruimtevaarders de mogelijkheid bieden om een lange tijd in de ruimte te blijven”, zegt Timothy Villers, een onderzoeker verbonden aan het Vlaams Instituut voor Biotechnologie (VIB).

De positieve impact op het mentale welzijn daarbij valt niet te onderschatten volgens Villers. “Lange tijd geen planten zien, heeft een serieus negatief effect op de psyche van astronauten.” Niet voor niets gaan op aarde mensen uit de stad al eens graag wandelen in het groen.

Angelo Vermeulen nam in 2013 deel aan de allereerste HI-SEAS-missie. Vier maanden lang bootsten hij en zijn bemanning een verblijf op Mars na op de flank van een vulkaan in Hawaii. “Het doel was om de effecten van langdurige isolatie op mensen te testen, en we voerden ook een voedingsstudie uit. Zelf teelde ik tijdens de tweede helft van de missie scheuten ter plaatse in ge-3Dprinte kiempotten. Mensen waren blij om eindelijk eens vers voedsel te krijgen.”

Maïs in de ruimte

Onderzoek naar plantgroei in de ruimte moet in de eerste plaats de limieten van toekomstige ruimtemissies verruimen, maar het heeft ook toepassingen op aarde. De ruimte is namelijk een enorm interessante plek om experimenten in uit te voeren met als doel de landbouw te vernieuwen. “Het ISS is het enige laboratorium waar gewichtloosheid langer dan enkele seconden blijft. Daardoor krijgen wetenschappers een unieke kans om fenomenen te bestuderen die onmogelijk op aarde na te maken zijn”, zei de Belgische astronaut Raphaël Liégois.

Liégois gaat in het najaar van 2026 voor 6 maanden naar het International Space Station (ISS). Hij neemt naast de betere Belgische keuken (zie kader) ook 24 zaadjes maïs mee om een experiment voor Astromy uit te voeren. Dat is een onderzoeksproject van het VIB onder leiding van Hilde Nelissen en Timothy Villers en gefinancierd door Belspo, de federale overheidsdienst voor wetenschapsbeleid.

De planten zullen in een afgesloten miniserre op het ISS groeien tot zaailingen. Daarna oogst Liégois stamcellen van elke plant en stuurt hij de stalen terug naar de aarde. Door deze te vergelijken met stamcellen van maïsplanten die op aarde groeiden, kunnen de onderzoekers van het VIB fundamentele, maar verstoorde groeiprocessen genetisch in kaart brengen. “Kosmische straling, gewichtloosheid, hoge concentraties CO2... : planten groeien op het ISS onder extreme omstandigheden”, aldus Nelissen.

“Met de resultaten van ons onderzoek zullen we gericht kunnen kruisen om gewassen meer bestand te maken tegen de extreme weersomstandigheden waarmee we nu te kampen hebben. Door klimaatverandering hebben we geen decennia meer om op de klassieke manier te kruisen”, klinkt het bij de VIB-onderzoekers.

“Het onderzoek dat astronauten aan boord uitvoeren, beperkt zich niet tot eenvoudige technische demonstraties of wetenschappelijke nieuwsgierigheid. Het gaat juist over de tastbare impact op ons dagelijks leven en opent de weg naar innovatie waarvan de hele mensheid kan profiteren”, besluit Liégois. Onderzoek naar ruimtelandbouw zorgt mogelijk voor belangrijke inzichten voor de landbouw op aarde.

Kruisbestuiving

Het kweken van sterke gewassen die tegen extreme (weers)omstandigheden en de effecten van klimaatverandering opgewassen zijn, is niet de enige kruisbestuiving tussen de landbouwsector en de ruimtevaart. “Landbouw in de ruimte is een kwestie van zoveel mogelijk calorieën produceren op een zo klein mogelijk oppervlakte”, aldus Vermeulen. De ruimtevaartsector tracht dan ook ruimtegebruik en circulair denken te optimaliseren. Verder staan sensortechnologie, AI en robotica meer op punt. Dat zijn allemaal zaken die in de landbouw een vruchtbare bodem vinden.

De ruimtevaart probeert echter soms het warm water uit te vinden. “Zij kunnen het best eens gaan aankloppen bij de landbouwsector”, zegt Vermeulen. “Nederlandse tuinbouwers hebben bijvoorbeeld hydrocultuur al heel goed op punt gesteld.”

Vermeulen bracht daarom in 2018 de Nederlandse tuinbouw- en ruimtevaartsector bij elkaar in het World Horti Center in Naaldwijk om te zoeken naar opportuniteiten om samen te werken en van elkaar te leren. In andere landen zoeken de ruimtevaart en landbouw ook toenadering. “De interesse in de ruimte als een hoogtechnologische, experimentele context om landbouw te vernieuwen groeit en er gaat steeds meer geld naartoe. Gewassen telen in de ruimte is ook al lang geen verre toekomstmuziek meer, maar verwacht niet direct een boerderij in een baan rond de aarde. Het blijft momenteel bij experimenten.”

Ruimtevaart is een integraal deel van onze beschaving en is, net zoals de productie van voeding, verweven in ons dagelijks leven, en dus ook in dat van landbouwers. Elke tractor berekent deze dagen haar positie op het veld met behulp van een gps, aangestuurd door communicatiesatellieten in een baan rond de aarde. Landen maken beslissingen over grootschalig gewas- en waterbeheer aan de hand van satellietbeelden. “De kosmos is al lang geen ver-van-mijn-bedshow voor boeren”, besluit Vermeulen.

Thor Deyaert