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Lebensmittel ohne Grenzen
Kosmisches Gemüse
06
Oktober
2016
Diana Danko
Der Mars, erkundet von Sonden und Weltraumrobotern, könnte früher oder später Besuch von Menschen bekommen.

Mehrere Raumfahrtagenturen planen ‘bemannte Missionen’1zum Roten Planeten. Dabei muss das Überleben der Astronauten in feindlicher Umgebung ohne Atemluft und Pflanzenwachstum gewährleistet sein. Für eine solch langdauernde Weltraummission, deren Komplexität weitaus grösser als beim Mondflug ist, wird es wegen der begrenzten Kapazität heutiger Raumfähren unmöglich, alle notwendigen Lebensmittel von der Erde mitzunehmen2. Wie können die Astronauten ernährt werden?

 

Das Projekt MELiSSA

Menschen werden eines Tages lockeren Gesteinsschichten3 des Mars durchstreifen, dessen ist sich die Wissenschaft sicher. Wann? Johann-Dietrich Wörner, Chef der Europäischen Weltraumorganisation (ESA), schätzt, dass dies nicht vor 2050eintritt. Die im September 2015 verkündete Entdeckung von Salzwasser auf dem Mars erneuert die Frage, ob es auf dem Roten Planeten Leben gibt5. Nach ihrer Wassersuche (Programm Follow the Water) richtet die NASA ihre Erkundungsprogramme nun auf die Suche nach Leben auf dem Mars (Seek Signs of Life)6. Das Programm der ESA sieht ebenfalls eine Reihe von Weltraummissionen vor, um unser Sonnensystem und speziell den Planeten Mars zu erforschen. Ziel ist, an der Ausrüstung einer bemannten Mission zum Mars in den 2030er-Jahren mitzuwirken.

Seit 1989 arbeitet die ESA am Projekt MELiSSA (Micro-Ecological Life Support System Alternative), einem System zur Unterstützung regenerativen Lebens, das in einem geschlossenen Kreislauf funktioniert. Ein extrem komplexes Projekt - denn es handelt sich um die Beherrschung eines künstlichen Ökosystems und der Interaktionen der dort agierenden Organismen: Menschen, Pflanzen und Bakterien. Hunderte Wissenschaftler arbeiten derzeit an dem Projekt. Nach erfolgreicher Beendigung erlaubt MELiSSA, Sauerstoff, Wasser und Nahrung für die Astronauten herzustellen und zugleich Kohlendioxid sowie den Müll der Besatzung zu recyceln.

 

Pflanzen sind das Zentralelement dieses autarken Mikrosystems: sie stellen den Astronauten Sauerstoff und Nahrung bereit. Erste Pflanzen wurden nach landwirtschaftlichen (einfacher Anbau, Ertrag), technologischen und ernährungswissenschaftlichen Kriterien für den Hydrokultur-Anbau7 auf dem Mars ausgewählt. Unter den MELiSSA-Projektpflanzen sind Soja, Hartweizen, Weizen, Kartoffeln, Zwiebeln, Blattsalat, Kohl, Tomaten und Spinat. Anschliessend wurden die Schritte der Nahrungsmittelproduktion analysiert, um theoretisch mögliche Nährstoffverluste zu ermitteln. Zusammen mit Küchenchefs wurden aus den von MELiSSA produzierten Pflanzen Speisen mit hoher Nährstoffdichte und sensorieller Akzeptanz entwickelt. Ein Menüplan für vier Wochen, der den Nährstoffbedarf der Astronauten während der Langzeitmission vollständig abdeckt, wurde unter Federführung des Instituts Paul Lambin in Brüssel (Belgien) erarbeitet und getestet.

Forschungen des Institute of Life Technologies

Kartoffeln, Weizen und Soja sind die grundlegenden Kohlenhydrat- und Eiweissquellen der Astronauten. Roh kaum oder gar nicht essbar, müssen sie vor dem Verzehr verarbeitet werden. Für die zweite Projektphase von MELiSSA betraute die ESA ein Konsortium aus Institut Paul Lambin, Institute of Life Technologies in Sion (Schweiz), den Unternehmen GEM und SHERPA (Frankreich) sowie RUAG (Schweiz) mit der Aufgabe, über grundsätzliche Möglichkeiten der Verarbeitung dieser Grundnahrungsmittel unter Berücksichtigung der schwierigen Weltraumbedingungen nachzudenken8.

 

In seinem Pilotlabor, zwischen Siebmaschine, hydraulischer Presse und allerlei Kochgefässen pendelnd, erklärt Laurence Nicolay, Projektverantwortlicher für die Nahrungsmittelverarbeitung und ihre sensorischen Eigenschaften (das Institut Paul Lambin übernimmt die Nährwertbestimmung der Lebensmittel): „Zunächst einmal geht es um die grösstmögliche Vielfalt - bei Kartoffeln um Dampfkartoffeln, im Wasser gekochte Kartoffeln mit oder ohne Schale, Puffer, Püree, Flocken und so weiter.“ Die erste Herausforderung ist, sich alle Zustände eines Lebensmittels vorzustellen. Mit den wenigen Pflanzen aus dem Mars-Gemüsegarten muss die Besatzung über mehrere Monate ernährt werden, ohne dass Überdruss infolge eines monotonen Speiseplans aufkommt.

Weichweizen wird zu Azymon-Brot – Brot ohne Hefe - gebacken: „Denn auf den Mars dürfen keine Mikroorganismen verbracht werden, da sie schwer zu beherrschen sein könnten“, präzisiert Laurence Nicolay9. Aus Hartweizen werden die Astronauten Nudeln und Bulgur, aus Soja Nudeln, Milch, Tofu und Okara, ein in der westlichen Welt wenig konsumiertes Nebenprodukt der Sojamilch, herstellen10. Für Laurence Nicolay steht fest: „Man muss unbedingt alle Bestandteile der angebauten Pflanzen nutzen, um möglichst wenig Abfall zu produzieren.“

In den Institutslabors untersuchen Laurence Nicolay und sein Team sämtliche Verarbeitungsverfahren vom Rohstoff bis zum fertigen Produkt. Um beispielsweise die Herstellung von Azymon-Brot zu analysieren, beginnen sie mit den Weizenkörnern, die verschiedene Stadien durchlaufen: Mahlen und Sieben im Prototyp einer Mehlmühle, Hinzufügen von Wasser und Kneten in einer elektrischen Knetmaschine, Ziehenlassen, manuelle Portionierung des Teigs, schliesslich Backen im Ofen. Alle Schritte werden dokumentiert: Die nötige Weizenmenge, aber auch der Wasser- und Elektrizitätsbedarf, Produktionszeit sowie Grösse und Gewicht der eingesetzten Maschinen.

Jede Nahrungsmittelverarbeitung ergibt eine Materialbilanz: Wie viel vom Ausgangsstoff blieb erhalten oder ging verloren? Im Ökosystem MELiSSA sind Nahrungsmittel wertvoll, maximale Ausbeute ist deshalb das Ziel. Auf der Erde belanglos erscheinende Fragen erlangen auf dem Roten Planeten immense Bedeutung: „Schälen wir die Kartoffeln? Und wenn ja, was wird mit den Schalen? Kann man sie noch zur Nahrung verwenden?“, fragt Laurence Nicolay.

 

Ebenso notwendig ist die Nährstoffmessung in den Nahrungsmitteln vor und nach der Verarbeitung. „Wir müssen den Gehalt an Makro- und Mikronährstoffen bestimmen“, ergänzt Laurence Nicolay. Nur mit diesen Daten lassen sich Speisen nach den Bedürfnissen der Astronauten zubereiten. Denn der Kalorienbedarf kann unterschiedlich sein, besonders bei Missionen ausserhalb der Raumfähre11. Es zeigte sich, dass bei Raumfahrtmissionen die Kalorienzufuhr der Astronauten oft ungenügend war: „Studien haben gezeigt, dass Astronauten unterernährt sein können, denn ihre Ernährung ist eintönig und sie haben manchmal keine Lust mehr, zu essen“12 fährt Laurence Nicolay fort. „Bei kürzeren Flügen schadet ein solches Defizit weniger, da der Organismus über körpereigene Reserven verfügt. Bei langen Flügen wie etwa zum Mars könnte ein solches Defizit jedoch den Missionserfolg und das Überleben der Astronauten gefährden.“

Deshalb muss den Nährstoffen ebenso viel Bedeutung beigemessen werden wie der Sensorik: „Unser Ziel ist, die Astronauten körperlich und geistig in Form zu halten. Sie sollten die Menüs variieren können, um sie zu geniessen und um Depressionen oder Gewichtsverlust zu verhindern. Sie dürfen aber auch nicht zunehmen, denn sie müssen ja noch in ihren Raumanzug passen!“, lacht Laurence Nicolay

 

Appetitverlust zu bekämpfen ist von vitaler Bedeutung. Trotz der langen Reisezeit werden die Astronauten einer bemannten Marsmission wahrscheinlich bestens ernährt werden. Bis jetzt müssen sich Astronauten mit Fertiggerichten begnügen. „Natürlich können sie wählen, was sie essen möchten, doch manchmal mögen sie – einmal vor Ort (auf der Mission, Anm. d. Red.) – die auf der Erde ausgewählten Gerichte nicht mehr“, sagt Laurence Nicolay. Das Projekt MELiSSA ist in dieser Hinsicht innovativ, da es den Astronauten erlaubt, ihre Nahrung selbst herzustellen und zuzubereiten. Sie können Speisen nach individuellen Vorlieben gestalten - ein nicht zu unterschätzender Akzeptanzvorteil.

Eine Küche im Weltall

Es wird auf dem Mars keinen Koch geben. Abwechselnd wird ein Besatzungsmitglied die Zubereitung der Mahlzeiten für alle besorgen. Also stellt sich die Frage nach der Ausrüstung für Verarbeitung und Zubereitung der angebauten Nahrungsmittel. „Die übliche Küchenausrüstung ist für das Kochen im Weltall ungeeignet“, erklärt Laurence Nicolay. Das grösste Problem ist der Gravitätsunterschied, der den Wärmetransfer, Fliessen und Übertragen der Substanzen von einem Gefäss ins andere beeinflusst. Es ist also nötig, über besondere Geräte nachzudenken, die auch bei verminderter Schwerkraft funktionieren und den besonderen Anforderungen des Weltraums genügen. Die Ausrüstung muss zudem multifunktional sein: „Wir wollen Multifunktionsmaschinen konzipieren, die mehreren Kriterien entsprechen. Sie sollen möglichst leicht, energiesparend und - um Kontaminationen zu vermeiden - einfach und wassersparend zu reinigen sowie möglichst sicher sein, um Verbrennungen vorzubeugen. Es wird wohl auf einen Kompromiss zwischen diesen Kriterien hinauslaufen“, erklärt Laurence Nicolay.

Die Zeit der Besatzung zum Kochen und Reinigen ist begrenzt: obwohl unverzichtbar, dürfen diese Verrichtungen nicht zu lange dauern. Zum Beispiel verkürzen intelligente Multifunktions-Küchengeräte die Kochzeit – vielleicht sogar 3D-Drucker, „um einige Zutaten herauszustellen und ihre Textur zu variieren. Über diese Idee sollte man nachdenken, doch noch ist sie nicht prioritär. Man muss eingestehen, dass diese Technik derzeit noch nicht reif ist: die existierenden Drucker produzieren Müll, wie beispielsweise Druckerpatronen“, sagt Laurence Nicolay. Mittelfristig – bis zum Jahr 2030 oder je nach sozio-ökonomischen Bedingungen und technischem Fortschritt – soll für das System MELiSSA als experimentelle Einheit eine Laborküche konzipiert werden, in der Astronauten Nahrungsmittel herstellen und zubereiten können.

  
 

Nahrungsmittelverarbeitung für eine grosse Speiseauswahl, Optimierung der Produktionsverfahren, Entwicklung von Maschinen, die die Herausforderungen des Weltalls meistern - diese Schritte führen schliesslich zu einem Ziel: die Ernährung von Astronauten einer Marsmission sicherzustellen. Oder, mit Laurence Nicolay: „Das oberste Ziel ist Erfüllung der wissenschaftlichen Mission durch die Astronauten. Dafür müssen sie sich sowohl geistig, als auch körperlich wohlfühlen. Das Team muss zusammenhalten. Was gibt es besseres als eine gute Mahlzeit, um sie zusammenzuschweissen? Die Gemütlichkeit, das Zwischenmenschliche wird so wichtig sein wie der Sicherheitsaspekt.“


 

1.Eine Marsmission dauert je nach Szenario zwischen 640 und 910 Tagen (Mondflug ca. 12 Tage). Die Rückkehr vom Mars zur Erde wird auf 6 Monate bis 2 Jahre geschätzt (Rückflug vom Mond 3 Tage). https://fr.wikipedia.org/wiki/Mission_habit%C3%A9e_vers_Mars
2. „[...] [für eine solche Mission] benötigt eine Besatzung von sechs Astronauten 30 Tonnen Verbrauchsgüter (Wasser, Sauerstoff und Nahrung), dabei ist weder die für die Hygiene der Astronauten (Dusche), das Waschen des Bestecks (Geschirrspüler) oder der Kleidung (Waschmaschine) benötigte Wassermenge berücksichtigt, noch das Gewicht von Verpackungen und Kühlausrüstung. Derzeit kann die leistungsfähigste Raumfähre der Welt nur 9 Tonnen Nutzlast bis zur Mondoberfläche transportieren.“ LASSEUR Christophe, Un potager sur Mars! in: Nutrition. Servir l’espace et la Santé. CnesMag, Nr. 26, 06.2005, S. 18.
3. Auf dem Mars gibt es keinen Boden im eigentlichen Sinne. Er ist mit lockeren Gesteinsschichten bedeckt, eine durch Meteoriteneinschlag und Erosion entstandene, feine Staubschicht.
4. BISCHOFF, Jürgen, 2016. Mars. 916 jours aller-retour. Géo, n° 433, janvier 2016, pp. 104-113.
5. http://mars.nasa.gov/news/whatsnew/index.cfm?FuseAction=ShowNews&NewsID=1858
6. https://www.nasa.gov/press-release/nasa-releases-plan-outlining-next-steps-in-the-journey-to-mars
7. Hydrokultur ist eine Produktionstechnik ohne Boden, bei der die Pflanzenwurzeln in einem anorganischen Substrat wachsen und mit einer Nährstofflösung gegossen werden.
8. Die zweite Projektphase von MELiSSA in Sion, genannt MELiSSA Food Characterisation Phase 2 - Food Processing Pre-engineering, wurde von Serge Pieters koordiniert, Ernährungsforscher und Dozent am Institut Paul Lambin in Brüssel. Er koordinierte ebenfalls die erste Projektphase, noch ohne die Beteiligung des Institute of Life Technologies.
9. Aus diesem Grund wurden alle auf Gärung basierenden Verarbeitungsverfahren ausgeschlossen.
10. In den asiatischen Ländern, vor allem in Japan, ist Okara ein weit verbreitetes Produkt.
11. Während der Ausflüge ausserhalb der Raumfähre schätzt man den Energiebedarf auf 7000 Kcal/Tag (Nutrition. Servir l’espace et la Santé, CnesMag, n°26, 06.2005, pp. 26-39)
12.„Auf kurzen Flügen essen sie [die Astronauten] nur 60 % ihrer Ration. Die Eintönigkeit der Mahlzeiten ist ein Grund unter mehreren.“ (Nutrition. Servir l’espace et la Santé, CnesMag, n°26, 06.2005, pp. 26-39)
[Links aufgerufen am 06.10.2016]

Europäischen Weltraumorganisation ESA - MELiSSA www.esa.int

HES-SO Valais – Haute école d’ingénierie www.hevs.ch

BISCHOFF, Jürgen, 2016. Mars. 916 jours aller-retour. Géo, n° 433, janvier 2016, pp. 104-113

Nutrition. Servir l’espace et la Santé. Dossier in CnesMag, n°26, 06.2005, pp. 26-39

http://www.cnes-multimedia.fr/cnesmag/dossier_nutrition/pdf/FILE_01.pdf

[Links aufgerufen am 06.10.2016]

Diana Danko
Redakteurin und Fotografin
Lausanne, Switzerland
Diana Danko, Diplom-Geografin (Universität Lausanne), arbeitet seit 2015 als freischaffende Fotografin und Redakteurin. Sie ist spezialisiert auf Reportagen und bevorzugt Fotoaufnahmen bei natürlichem Licht. Schreibt oder fotografiert sie gerade nicht, trinkt sie gerne eine Tasse Tee oder geht tanzen. Sie hat eine optimistische Grundhaltung.

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