Các nhà khoa học Mỹ cho biết chất thải hữu cơ của con người có thể trở thành nguồn tài nguyên then chốt để sản xuất lương thực trên Mặt trăng và sao Hỏa, trong bối cảnh các chương trình thám hiểm dài hạn đang được đẩy mạnh.
Nghiên cứu do Harrison Coker (Đại học Texas A&M) dẫn đầu, phối hợp với Cơ quan Hàng không Vũ trụ Mỹ (NASA), tập trung vào cách tái chế chất thải thành dung dịch giàu dinh dưỡng nhằm cải tạo đất mô phỏng của Mặt trăng và sao Hỏa. Kết quả cho thấy các sản phẩm tái chế này có thể giúp giải phóng nhiều dưỡng chất thiết yếu cho cây trồng, mở ra hướng đi mới cho nông nghiệp ngoài Trái Đất.
Thách thức đặt ra là điều kiện tự nhiên trên hai thiên thể này cực kỳ khắc nghiệt. Đất (regolith) trên Mặt trăng và sao Hỏa không chứa sẵn chất hữu cơ, chịu bức xạ cao; riêng sao Hỏa còn có bầu khí quyển rất mỏng và hàm lượng perchlorate cao – một hợp chất độc hại đối với sinh vật. Thành phần đất giàu lưu huỳnh, oxit sắt, silicon dioxide và magiê cũng khiến môi trường trồng trọt trở nên khó khăn.
Trong nghiên cứu mới, nhóm khoa học sử dụng hệ thống hỗ trợ sự sống tái sinh sinh học (BLiSS) – gồm các lò phản ứng sinh học và bộ lọc – để biến chất thải nhân tạo thành dung dịch chứa dinh dưỡng. Dung dịch này sau đó được trộn với đất mô phỏng Mặt trăng và sao Hỏa, lắc trong 24 giờ nhằm đánh giá khả năng “phong hóa” khoáng chất và giải phóng dưỡng chất.
Kết quả phân tích cho thấy hỗn hợp xử lý đã cung cấp đáng kể các nguyên tố cần thiết cho cây trồng như lưu huỳnh, canxi, magiê và một số kim loại khác. Quan sát dưới kính hiển vi ghi nhận các biến đổi vật lý trong mẫu đất mô phỏng, bao gồm sự hình thành các hố nhỏ li ti và lớp hạt nano bao phủ bề mặt khoáng chất – dấu hiệu cho thấy quá trình phong hóa đã diễn ra.
“Trong các tiền đồn trên Mặt trăng và sao Hỏa, chất thải hữu cơ sẽ đóng vai trò then chốt để tạo ra đất trồng khỏe mạnh và năng suất,” Coker cho biết. Theo ông, việc xử lý đất mô phỏng bằng dòng chất thải hữu cơ cho thấy nhiều dưỡng chất có thể được khai thác trực tiếp từ khoáng vật bề mặt.
Nhu cầu tự chủ lương thực đang trở thành ưu tiên trong các kế hoạch thiết lập căn cứ lâu dài trên Mặt trăng và sao Hỏa, đặc biệt khi NASA chuẩn bị triển khai các sứ mệnh Artemis. Dù thủy canh là một giải pháp khả thi, phương pháp này đòi hỏi lượng nước và dinh dưỡng lớn, đồng thời phụ thuộc vào nguồn tiếp tế từ Trái Đất – điều tốn kém và khó duy trì lâu dài.
Các nhà nghiên cứu lưu ý kết quả hiện mới dựa trên đất mô phỏng; bước tiếp theo sẽ là thử nghiệm với mẫu đất thật từ Mặt trăng và sao Hỏa khi điều kiện cho phép. Tuy vậy, phát hiện này được xem là bước tiến quan trọng trong việc xây dựng hệ sinh thái khép kín, hướng tới duy trì sự sống bền vững cho các thuộc địa ngoài Trái Đất trong tương lai.
Một nhà kính mô phỏng trên Mặt trăng tại Trung tâm Vũ trụ Kennedy của NASA đang giúp các nhà khoa học giải quyết bài toán trồng thực phẩm trên Mặt trăng và cuối cùng là sao Hỏa. Ảnh: NASA
Minh họa nhà kính trên bề mặt sao Hỏa, nơi cây trồng phát triển nhờ hệ thống đèn LED đỏ, xanh dương và xanh lá cùng phương pháp thủy canh. Các phương pháp dùng đất mô phỏng cũng sẽ góp phần vào sản xuất lương thực lâu dài trên Mặt trăng và sao Hỏa. Ảnh: SAIC
Nghiên cứu trồng thực phẩm trong không gian đã có từ nhiều năm trước. Năm 1992, giống khoai tây đỏ Norland được trồng trong Buồng Sản xuất Sinh khối tại Hangar L, Trạm Không quân Cape Canaveral ở Florida. Ảnh: NASA
