Rumrejser og en futurists tanker om skraldespanden (Op-Ed)

Brug af et ormhul til at rejse

En kunstners fortolkning af at bruge et ormehul til at rejse gennem rummet, en metode til at komprimere rum-tid og begrænse den tid, der bruges på rejsen. (Billedkredit: NASA)





S.H. Suppe var en senior manager i de tekniske uddannelses- og softwareudviklingsindustrier med uddannelser i biologi og radiokommunikation. Han er forfatter til science fiction -serien, ' Sølvskibene '(Jucha, 2015). Jucha bidrog med denne artikel til guesswhozoo.com's Ekspertstemmer: Op-Ed & Insights .

Siden begyndelsen af ​​industrialderen har mennesker i bedste fald gjort miljøets sundhed til en sekundær betragtning. Vi forurener vores vandløb, floder, søer og oceaner med pesticid- og gødningsafstrømning, minedrift og olieaffald, petrokemiske produkter og tusinder af andre farlige produkter. Forureningen er nået til det punkt, hvor en oprydning af vores miljø - i makroskala med tungt udstyr - er upraktisk, og på trods af den nuværende indsats taber menneskeheden kampen for at håndtere affald. Kommerciel og regeringsmandatgenanvendelse kan ikke klare den store mængde affald, og disse programmer udmærker sig kun ved behandling af materialer som papir, aluminium og stål. I det væsentlige er de nuværende former for indsamling og genanvendelse af affald uacceptable.

Så er der en opadgående til vores massive forureningsudfordringer? Ja, jeg tror, ​​der er håb, og det vil komme fra behandling af skraldespand på mikroskalaen, bryde molekylernes bindinger ved hjælp af biomekaniske midler, og det er ganske muligt, at mange af disse innovationer kan komme fra bestræbelser på at udforske og leve i plads.



Ud over skraldespanden

Jeg er forelsket i skraldets fremtid, en fremtid, hvor alt skrald genanvendes eller genanvendes fuldt ud. For at komme dertil vil det kræve konvergens mellem nye teknologier og et oprigtigt ønske om at beskytte miljøet.

Menneskeheden står over for enorme udfordringer, håndterer den stadigt voksende efterspørgsel efter rent vand og mad, bevarer svindende ressourcer, skifte til vedvarende energikilder og vende virkningerne af forurening og klimaforandringer, for at nævne nogle få.

Og så er der de milliarder af tons plastik, der er blevet kasseret på tværs af vores planet i de sidste 60 år. Så meget affald er akkumuleret i Stillehavet, det er blevet betegnet som Great Pacific Garbage Patch . Forskere mener, at skraldespanden er synket under overfladen, hvilket har gjort det nøjagtigt at måle affaldsmængden. [ I billeder: The Great Pacific Garbage Patch ]



Plast, hvis holdbarhed, billighed og formbarhed gør det til et let valg for forbruger- og industriprodukter, udgør størstedelen af ​​affaldet. I en proces kaldet nedbrydning af fotos , som er forårsaget af den ultraviolette (UV) komponent i solstråling (stråling af bølgelængde fra 0,295 til 0,400 mikrometer), er plasten blevet nedbrudt i mindre og mindre stykker. National Geographic oplyser, at forskere har samlet op til 750.000 bits mikroplast på en enkelt kvadratkilometer af Great Pacific Garbage Patch-det er cirka 1,9 millioner bits pr.

En renere vej til rummet

Udvidelse af den menneskelige race til rummet vil kræve erobring af nye og unikke problemer. Hinder, der blev overvundet i den tidlige rumforskning, har allerede ydet uvurderlige bidrag til nutidens teknologier og hjulpet med at tackle problemer, vi har stået over for på denne planet.

Det er vigtigt, at rumforskning ikke vil være en fremtid med bare sonder, der er iværksat for at undersøge asteroider og fjerntliggende organer-hvilket jeg bifalder-men vigtigere er oprettelsen af ​​langsigtede levesteder, både regerings- og kommercielle missioner, som Buzz Aldrin passende kalder 'permanent'. ' Den tidligere astronaut og MIT postdoktor har skitseret en ambitiøs og praktisk plan for at kolonisere Mars . [ USA har brug for en Mars -koloni, fortæller Buzz Aldrin til senatorer ]



Med de skræmmende udfordringer, som landene står over for i dag-svindende dyrebare ressourcer, virkninger af klimaændringer, udbrud af dødelige sygdomme, langvarige konflikter og massemenneskelig migration-kan 100 procent genbrugs-/genvindingsprojekter ikke stå højt på deres prioriteringslister. Langsigtet rumforskning vil dog have prioriteterne mad, vand, ilt, brændstoffer, miljøkontrol, beskyttelse mod solstråling, og en voksende bunke med brugte materialer ... skraldespand.

Langsigtet beboelse vil kræve ekstremt effektiv ressourceforvaltning af vand, luft, organisk og uorganisk: de genstande, der typisk kommer ind i vores skraldespande, når de er slidte og består af alt fra dørpakninger til brugte smøremidler. Vores forskere bliver nødt til at nærme sig udfordringen med genbrug med et øje mod 100 procent løsninger, og genanvendelse af uorganiske stoffer vil være den største udfordring. Kort sagt vil affald koste for meget at sende tilbage til Jorden, og det ville være uvurderligt, hvis dette affald kunne genbruges fuldt ud til miljøvenlige komponenter. Når Jordens ressourcer svinder, jo bedre kan vi genbruge og genvinde det, vi i dag kalder 'skraldespand' og genanvende det i vores kommercielle produkter, jo mere kan vi forlænge levetiden for Jordens ressourcer. [ Bemannet mission til Mars I 2030'erne er virkelig muligt, siger eksperter ]

Nedbryder det holdbare skrald

Petrokemiske produkter-fra syntetisk gummi og opløsningsmidler til fibre og plast-kan nedbrydes af forskellige mikroorganismer, som bryder kulstofbindingerne for at producere biprodukter som metan, kuldioxid og vand. Og rumhabitater repræsenterer et ideelt miljø til at eksperimentere med lukkede systemer, der anvender bio-manipulerede mikroorganismer til at genbruge petrokemiske produkter, hvor det i tilfælde af utilsigtet frigivelse af organismerne kan være passende at åbne testområdet for at støvsuge. Hvorfor eksperimentere med bio-manipulerede mikroorganismer? Der er masser af eksempler, der giver troværdighed til konceptet.

For fyrre år siden, Shinichi Kinoshita, Sadao Kageyama, Kazuhiko Iba, Yasuhiro Yamada og Hirosuke Okada opdaget en stamme på Flavobacterium der fordøjede visse biprodukter fra fremstilling af nylon-6, en form for nylonfiber, der er hård og har høj trækstyrke samt elasticitet. Fibrene er rynkesikre og yderst modstandsdygtige over for slid og kemikalier såsom syrer og alkalier. Det er sigende, at disse stoffer, som ikke fandtes før 1935, blev energikilder til bakterierne. Mikroorganismer, med deres enorme reproduktionshastighed, kan hurtigt udvikle sig til at tilpasse sig miljøer i konstant forandring.

En tur til Amazonas Yasuni National Park af Yale University -studerende og molekylær biokemiprofessor Scott Strobel resulterede i opdagelse af endofytiske svampe (svampe), der er i stand til at spise polyurethanplast . (Polyurethan er en syntetisk polymer, der er grundlaget for meget af nutidens plast.)

Metanogene konsortier, en mangfoldig gruppe af vidt distribuerede arkebakterier, der forekommer i anaerobe miljøer og er i stand til at producere metan fra et begrænset antal substrater - herunder kuldioxid, brint, acetat og methylaminer - har vist sig at nedbryde styren ved hjælp af det som kulstof kilde og forskellige svampe har nedbrudt blødgjort polyvinylchlorid (PVC). Jord, biostimuleret ved indførelsen af ​​hvedebiomasse, påvirkede stærkt de typer svampe, der formerer sig på polyurethanen. De mest aktive af svampene viste sig at nedbryde polyurethanen i det omfang, materialet mistede op til 95 procent af dets trækstyrke.

Et eksempel på petrokemisk nedbrydning involverer en stavformet bakterie, Alcanivorax borkumensis , som findes i hele havene. Det bakterier spiser alkaner , en form for hyrdocarbon, som deres primære energiform, der nedbryder dem til kuldioxid og vand. Det er aerobt og foretrækker et salt miljø som f.eks. Havvand. Disse gamle bakterier, bosat siden planeten begyndte at sive kulbrinter fra havbunden, blomstrede i store mængder efter Deep Horizon -olieudslippet i Den Mexicanske Golf og bidrog til fjernelse af kulbrinter fra Golfens farvande.

Mikroorganismernes angreb på petrokemikalier har været vedvarende siden fremkomsten af ​​hvert produkt. Selv rumstation & Mir viste sig at have dyrket mere end 70 arter af bakterier, skimmelsvampe og svampe i frie kondensat, flydende vandkugler og gemte sig bag områder som stationens elektriske paneler - og skimmelsvamp er i stand til at nedbryde gummi til fordøjelige forbindelser.

En artikel fra Applied and Environmental Microbiology detaljerede arter af gær, bakterier, alger og lav, der er fundet vokser på og nedværdigende syntetiske polymerartefakter på museer og på arkæologiske steder . Svampe og bakterier var ansvarlige for et øget tab af blødgørere i PVC og enzymatisk aktivitet på polyurethanprodukter. Trænedbrydende svampe og bakterier nedbryder enzymatisk nylon og melaninproducerende svampe fysisk forstyrret akryl.

Selv phenolharpikser, phenol-formaldehydpolymerer-nøgleingredienser i sådanne produkter som bakelit-er blevet observeret nedbrudt, i dette tilfælde af den hvide rådsvamp, Phanerochaete chrysosporium . Disse polymerer blev anset for at være ikke-bionedbrydelige, og fra 2006 blev produkter af denne type produceret med en årlig hastighed på 2,2 millioner tons i USA.

Teknikliv til behandling af skrald

Rumhabitater med deres fuldstændige isolation giver en glimrende mulighed for forsøg på håndtering af affald i mikroskala, der involverer genetisk modificerede mikroorganismer. Desværre vil disse typer af eksperimenter ikke være en prioritet i de tidlige stadier af levesteder. Forsyninger vil være for dyrebare til at blive forbrugt i eksperimenter med 'nice to have'. Men når levesteder gradueres til størrelsen af ​​kolonier, der huser tusinder af beboere, kan 'rart at have' blive 'skal have', og presset for at udvikle effektive processer til genbrug af uorganiske stoffer, såsom plast, vil kun stige i takt med, at kolonierne vokser .

hvis du

Hvis du er en aktuel ekspert-forsker, virksomhedsleder, forfatter eller innovatør-og gerne vil bidrage med et op-ed-stykke, mail os her .(Billedkredit: guesswhozoo.com)

Oprettelse og anvendelse af gensplejsede bakterier, svampe, gær, alger, lav og lignende til genbrug af petrokemiske produkter, indtil alternative, let genanvendelige materialer er udviklet, vil være ansvaret for discipliner som biokemikere, genetikere og ingeniører - eller i fællesskab hvad jeg ønsker at ringe til affaldshåndterings bio-alkymister.

Uanset hvilke nye teknologier langvarige rumhabitater finder på til at håndtere uorganisk affald, genbruge materialet til genanvendelige komponenter, byggeprodukter eller andre praktiske formål, er det mit inderlige håb, at det vil give en velsignelse til løsninger på Jordens problemer.

Et første skridt på Jorden kan begrænse applikationerne til kontrollerede faciliteter og behandle skrald fra hjem og virksomheder. Senere, med efterfølgende iterationer, der begrænser mikroorganismernes livscyklusser, kan løsningerne anvendes på Jordens åbne farvande og landskaber. Ære til fremtiden for affaldshåndtering!

Måske i fremtiden kan kommercielle produkter blive skabt gennem teknologier såsom nanoproduktion. Det ville fjerne problemet med at opfinde genbrugsmetoder eller finde steder at begrave vores skraldespand, da disse produkter kunne repareres eller genbruges ved at vende nano-fremstillingsprocessen-eller bruge 'nanitter', som jeg henviser til dem i min serie af videnskabs- skønlitterære romaner, ' Sølvskibene . '

Som miljøforkæmper ser jeg ikke disse fremtidige innovationer som gode at have. Jeg ser dem som økonomiske nødvendigheder. Hvis vi ønsker at have tid til at undersøge vores solsystem, bygge levesteder på fjerne planeter og måner og involvere kommercielle ventures, skal vi sikre sundheden i det globale økonomiske grundlag, hvorfra midlerne og ressourcerne kommer til at fodre vores rum efterforskningsindsatser.

På nuværende tidspunkt er vores den globale befolkning anslås at være 7,27 milliarder mennesker , og i midten af ​​det 21. århundrede, dette tal forventes at nå 9,6 mia . Uanset omfanget af vores ventures i rummet, vil det overvældende flertal af disse mennesker forblive på Jorden, og de vil kræve et sundt og sikkert miljø, hvis de skal bidrage til den globale økonomi. At sikre mennesker lever i et forfriskende miljø ville ikke kun være god økonomi, det ville være det rigtige at gøre.

Følg alle Expert Voices -spørgsmål og debatter - og bliv en del af diskussionen - videre Facebook , Twitter og Google+ . De udtrykte synspunkter er forfatterens og afspejler ikke nødvendigvis udgiverens synspunkter. Denne version af artiklen blev oprindeligt offentliggjort den guesswhozoo.com.