Ученые Института биофизики Красноярского научного центра СО РАН разработали быстрый и безопасный физико-химический метод утилизации санитарно-бытовых отходов в космических условиях. Продукты переработки будут включаться в работу биолого-технической системы жизнеобеспечения человека в космосе. Результаты исследования опубликованы в журнале Life Sciences in Space Research.

Пока жители России обсуждают «мусорную реформу», ученые борются с мусором на космических станциях. В настоящее время бытовые отходы космонавтов упаковывают в герметичный контейнер, который после сброса сгорает в верхних слоях атмосферы. Однако для реализации грандиозной мечты о далеких космических полетах такой способ не подходит. Предпринимались попытки переработки этих отходов с помощью бактерий, но на такую утилизацию уходит слишком много времени. Поэтому для того, чтобы путешествовать в космическом пространстве достаточно долго, нужно найти новый способ избавления от отходов.

Коллектив специалистов красноярского Института биофизики СО РАН разработал физико-химический способ переработки санитарно-бытовых отходов в условиях космоса. Данный подход эффективен, безопасен, не требует больших временных и энергетических затрат. Все переработанные вещества впоследствии можно использовать как удобрения для растений в системе жизнеобеспечения космонавтов.

Утилизация отходов — одна из технологий замкнутой системы жизнеобеспечения БИОС-3 для космонавтов. Функционирование таких систем основано на растениях, которые предоставляют ее обитателям растительную пищу, питьевую воду и кислород. Отходы жизнедеятельности экипажа перерабатываются методом «мокрого сжигания», а после используются как питательный субстрат для новых саженцев. Сначала отходы измельчаются и смешиваются с перекисью водорода. Спустя сутки смесь поступает в реактор «мокрого сжигания», где перекись активируется переменным электрическим током и запускает реакцию окисления.

Ранее в системе перерабатывались только продукты жизнедеятельности человека, несъедобные растительные и рыбные остатки. Сейчас ученые решили расширить возможности метода «мокрого сжигания» и утилизировать еще и санитарно-бытовой мусор — вату, марли и целлюлозно-хлопковые полотенца. Однако для новых видов отходов старый способ переработки был недостаточно эффективным, поэтому ученые придумали, как его усовершенствовать. 

Исследователи рассмотрели три возможных варианта составления смеси для утилизации. В первом случае к отходам, смешанным с перекисью водорода, добавлялась азотная кислота. Второй вариант дополнили фосфорной кислотой, но на данный момент синтезировать ее в условиях космического полета невозможно. Третий раствор готовился с добавлением урины человека, поскольку она содержит мочевину, позволяющую легко расщепить целлюлозу, и ее легче всего получить. Наиболее успешным вариантом оказался третий раствор, к тому же весь процесс сжигания данной смеси занимал менее суток.

«Основная проблема была в том, что в бытовые отходы входят хлопчатобумажные вещи, где много целлюлозы, которая плохо сгорает при химической обработке. Поэтому мы искали то, что можно добавить в перекись и усилить эффект окисления, чтобы эту целлюлозу переработать. В итоге, самым лучшим вариантом оказалась смесь урины человека, перекиси водорода и бытовых отходов. В реакторе с переменным током сгорало наибольшее количество целлюлозы за меньшее время, и при этом не требовалось никаких дополнительных химических реактивов», — рассказал о результатах работы кандидат биологических наук Сергей Трифонов, старший научный сотрудник Института биофизики СО РАН.

Разработанный способ предполагал переработку бытового мусора с уриной человека отдельно от твердых биологических отходов. После ряда экспериментов, ученые решили, что продуктивнее будет перерабатывать бытовые и биологические отходы вместе. Раздельная утилизация оказалась не столь удобной. Это делало процесс сложнее, а в биологических отходах оставалось большое количество органики, которая вскоре начинала загнивать. Поэтому дальнейшие эксперименты по выращиванию съедобных культур на переработанном субстрате будут проходить с помощью этого способа.

Переработка санитарно-бытового мусора при помощи «мокрого сжигания» позволит компенсировать утечку из системы кислорода, водорода и углекислого газа. Также это откроет растениям доступ к минеральным элементам, содержащимся в отходах. При этом все токсичные газы, которые образуются при сжигании, устраняются системой каталитической очистки в установке жизнеобеспечения, что делает такой метод утилизации безопасным.

Исследование проводилось при поддержке Российского научного фонда. Данные разработки будут востребованы в миссиях по освоению дальнего космоса и колонизации других планет.