Uzayda topraksız tarımın su sorununa Norveç'ten zar: Kökler geçiyor, su kaçmıyor

Uzayda bitki yetiştirmenin en sinsi sorunlarından biri su. Avrupa Uzay Ajansı'nın (ESA) 28 Ekim'de duyurduğu bir projede Norveç'teki NTNU Samfunnsforskning bünyesindeki CIRiS merkezi, bu soruna yönelik yeni bir çözüm denedi: kökleri içinden geçiren ama besin çözeltisini kök bölgesinde tutan iki katmanlı bir zar. SULEROMO adlı projede bu zar kara lahana (kale) ve pak choi ile altı hafta boyunca test edildi.

Uzun süreli görevlerde mürettebatın taze besine erişimi hem beslenme hem de psikoloji açısından önemli görülüyor. Ay ve Mars'ta kurulacak üslerde yiyeceğin bir kısmını yerinde üretmek, Dünya'dan taşınacak yükü de azaltacak. Bunun için ağırlıksız ya da düşük çekimli ortamda güvenilir çalışan yetiştirme sistemleri gerekiyor.

Yer çekimi olmayınca su nereye gider?

Dünya'da yer çekimi besin çözeltisini tankın dibinde tutar. Kökler aşağıda suya uzanır, yapraklar yukarıda havada kalır. ESA'nın açıklamasına göre ağırlıksız ortamda bu ayrım ortadan kalkıyor. Su her yöne akabiliyor ve yüzeylere yapışıyor. Sonuç bir çelişki: kökler suya ulaşmakta zorlanırken yapraklar ve gövde ıslak kalabiliyor. Proje sayfasına göre yapraklara yapışan su fotosentezi de engelliyor.

Projenin yürütücüsü, CIRiS'te kıdemli araştırmacı Achim Gerstenberg sorunu şöyle özetliyor: "Dünya'da bu ayırma işini yer çekimi bizim için yapıyor. Onu ortadan kaldırdığınızda su her yere gidebilir. Bu zarın çözmek için tasarlandığı temel sorun da bu."

Neden topraksız tarım?

Uzay için öne çıkan yöntem hidroponik, yani toprak kullanmadan bitkiyi besin çözeltisiyle yetiştirmek. ESA'ya göre bu yöntem uzay görevleri için birkaç avantaj sağlıyor. Toprak ve kompost ağır olduğu için kütle azalıyor, besin çözeltisi yeniden kullanılabiliyor ve bitki büyüdükçe besin dengesi hassas biçimde izlenebiliyor. Uzak görevlerde her kilogramın hesaba girdiği düşünüldüğünde bu avantajlar önem kazanıyor.

Uluslararası Uzay İstasyonu'nda bugüne kadar kullanılan sistemlerde kökler genellikle sünger benzeri bir taşıyıcı ortamın ya da tohum yastıklarının içinde büyüdü. NASA'nın kayıtlarına göre istasyondaki Veggie bitki yetiştirme ünitesinde 2014'te kırmızı marul yetiştirilip hasat edilmişti. SULEROMO'nun hedefi ise bu tür taşıyıcı ortamlara gerek bırakmadan, kökleri doğrudan besin çözeltisiyle buluşturmak.

Keçe ve su itici kaplama

Geliştirilen zar iki katmandan oluşuyor. Üstte keçe, altında silikon temelli, suyu iten bir kaplama var. ESA'nın açıklamasına göre kaplama köklerin içinden geçmesine izin verirken besin çözeltisini kök bölgesinin çevresinde tutuyor.

Ekip zarı 3B yazıcıyla üretilmiş derin su kültürü tanklarında denedi. Derin su kültüründe bitkinin kökleri doğrudan havalandırılan besin çözeltisinin içinde durur. Sonuçlar şöyle:

• Fidelerin yaklaşık yüzde 75'inin kökü zarı delip çözeltiye ulaştı.
• Altı haftanın sonunda bitkilerde görünür bir stres belirtisi yoktu.
• Hafif basınç altındaki sızıntı testinde zar dakikada bir mililitrenin biraz üzerinde su kaçırdı. Kaplamasız keçede ise su serbestçe akıyordu.
• Bazı sızıntılar bitkiler büyüdükçe kendiliğinden kapandı.

Bedeli: biraz daha az hasat

Zar üzerinde yetişen bitkiler, standart derin su kültürüne göre daha az biyokütle üretti. ESA bunun olası nedenlerini köklerin keçeyi delerken yaşadığı gecikme ve zarın gövdenin kalınlaşmasını kısıtlaması olarak açıklıyor. Önemli bir sınır daha var: açıklamadaki testlerin hepsi yeryüzünde yapıldı. Zarın gerçek ağırlıksız ortamda ya da Ay'daki gibi düşük çekimde nasıl davranacağı henüz denenmedi.

ESA'nın projedeki sorumlusu, yaşam destek mühendisi Christel Paille, "Güvenilir, taşıyıcı ortam gerektirmeyen yetiştirme sistemleri, her kilogram donanımın ve her saat mürettebat zamanının değerli olduğu gelecekteki keşif görevleri için önemli bir teknoloji olacak" diyor.

Sırada ne var?

Ekip iki yol belirlemiş durumda. Birincisi, gövdenin büyümesine daha iyi uyum sağlayacak malzeme ve üretim yöntemleri geliştirmek. İkincisi, yetiştirme sistemini değiştirip mekanik destekle ya da daha düşük dolaşım basıncıyla gövdenin hareketini azaltmak. Proje, ESA'nın Discovery programı kapsamında Açık Uzay İnovasyon Platformu (OSIP) üzerinden desteklendi.

Marslı filmindeki patates bahçesinin gerçek bilimle ne kadar örtüştüğünü merak edenler Mars'ta patates yetişir mi? yazımıza da göz atabilir.