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科学家计划将对太空环境宇航员尿液转化为塑料

www.shejinet.com 2017-08-24 18:25 设计.世界 浏览(1488)

摘 要:目前,研究人员研制了一种方法,可以将宇航员尿液和呼出的二氧化碳转变成塑料,并在太空中制造成工具。

科学家计划将对太空环境宇航员尿液转化为塑料

新浪科技讯 北京时间8月24日消息,据国外媒体报道,目前,研究人员研制了一种方法,可以将宇航员尿液和呼出的二氧化碳转变成塑料,并在太空中制造成工具。
在太空中利用人类排泄便的方案并不是新鲜事,国际空间站的宇航员已将他们的汗水、洗澡水和尿液转变成饮用水。科学家提出的最新系统依赖于特殊的酵母菌株,使用尿液中的尿素和宇航员呼出的二氧化碳制造聚酯化合物,它可作为3D打印机原料,制造新的塑料部件。同时,其它酵母菌株可以制造基本的欧米加-3脂肪酸,为宇航员提供营养物质。

这项研究能够确保长时间太空旅行,使未来实现火星旅行成为可能。该研究报告发布在日前召开的第254届美国化学学会博览会和国家会议上,据悉,美国化学学会是世界上最大的科学研究机构之一。

研究负责人、美国南卡罗来纳州克莱姆森大学研究员马克·布雷恩(Mark Blenner)博士指出,宇航员不可能在太空环境中携带大量配件,因为每增加1盎司重量都会增加太空飞船摆脱地球引力消耗的燃料。
科学家提出的最新系统依赖于特殊的酵母菌株,使用尿液中的尿素和宇航员呼出的二氧化碳制造聚酯化合物,它可作为3D打印机原料,制造新的塑料部件

布雷恩博士说:“如果宇航员进行为期几年的太空旅行,我们需要发现一种方法再利用和回收他们携带的任何物品,‘原子经济’将变得非常重要。”

依据布雷恩博士的观点,解决方案的部分原因在于,宇航员们将不断地产生排泄物,并且他们需要呼吸氧气,进食和使用材料。然而,人类在太空中的排泄物不能像在地球上随意丢弃,布雷恩博士和研究小组正在分析如何再利用人类排泄物中的分子,并将它们转换制造成材料,供给宇航员使用,例如:聚酯和营养物质。

例如:像欧米加-3脂肪酸这样的必需营养素,保质期仅有几年时间。如果宇航员进行一次长期太空任务,他们必须旅行途中消耗完毕,因为一些太空旅行时间需要几年时间。

布雷恩博士说:“宇航员需要一个生物系统,能够从休眠状态苏醒过来,并开始制造他们所需的物品,这是我们研究项目的真实动机。”这个生物系统包含解脂耶氏酵母等多种酵母菌株。

这些酵母菌株生长需要氮和碳,布雷恩博士带领的研究小组发现,酵母可以从未处理尿液中的尿素获取氮。它们还能从二氧化碳中获取碳,二氧化碳可能来自于宇航员呼出的气体,或者火星大气层。
使用尿液中的尿素和宇航员呼出的二氧化碳制造聚酯化合物,它可作为3D打印机原料,制造新的塑料部件。宇航员不可能在太空环境中携带大量配件,因为每增加1盎司重量都会增加太空飞船摆脱地球引力消耗的燃料

然而,为了使用二氧化碳,酵母需要一种中介物质,“修理”碳物质形成它们可以摄入的一种形式。为此,酵母依赖光合蓝藻菌或者研究人员提供的藻类。研究人员研制的一种菌株可以制造欧米加-3脂肪酸,这是人体不能自我制造的营养物质,它有助于心脏、眼睛和大脑的健康。这支研究小组可以制造另一种菌株,可以产生出单体——与其它相同分子结合在一起的分子,将单体连接在一起,能够制造出聚酯聚合物,它与某些衣服中的塑料纤维类型相似。

这些聚酯聚合物可用于 3D打印,产生新的塑料配件。布雷恩博士的研究小组将继续研究该菌株,它们产生不同类型、具有一定性能的塑料聚脂。目前,基因改良菌株仅能制造少量聚酯或者营养品,但是研究人员正在努力增大其产量。

同时,研究人员开始关注地球上进行的生产用途,例如:渔业养殖和人类营养学。通过水产养殖提高产量需要补充欧米加-3脂肪酸,这些欧米加-3脂肪酸可通过酵母菌株产生。其他研究小组也可以制造酵母菌株,但是通过其它的方式。

例如:与化学公司DuPont合作的一支研究小组已使用酵母制造用于渔业养殖的欧米加-3脂肪酸,但是这些酵母是以精制糖为食,而不是水产品。此外,其他两支研究小组正在对酵母进行基因改良,使其能够制造聚脂,他们不同于布雷恩研究小组,他们未达到最优化制造聚脂。

不管采用何种方法,研究人员都不同程度地获得了关于解脂耶氏酵母(Yarrowia lipolytica)的认知,此前科学家对该酵母物种研究很少,例如:这种酵母可用于啤酒酿造。布雷恩博士指出,我们正在研究的解脂耶氏酵母在遗传基因和生物化学方面不同于其它酵母,每一种新生物都有其显著特征,你必须更好地关注分析。


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