Recycling van voedingsstoffen, koolstof en water is cruciaal voor levensondersteuning bij langdurige ruimtemissies met
geen of beperkte mogelijkheid tot bevoorrading. Eiwit (en dus stikstof) is een essentieel onderdeel
van het bemanningsdieet (15-17 g N / d / persoon). Het alternatief voor micro-ecologisch levensondersteunend systeem
(MELiSSA), ontwikkeld door ESA, heeft als doel eiwitrijk voedsel te leveren via groentegewassen en
eetbare microben (bijv. cyanobacteriën). Het is de bedoeling om deze fototrofe biomassa te produceren
urine, een afvalstroom die 85% van de stikstofinname van de bemanning bevat, in nitraat omzetten
kunstmest. Urine voorbehandeling met omzetting van ureum en ammoniakale stikstof in nitraat,
zou deze waterige stroom beschikbaar kunnen maken voor waterterugwinning via membraanprocessen of
hogere installaties, waardoor aanzienlijk op het energieverbruik wordt bespaard. Nitrificatie van urine zorgt dus voor
een cruciale rol voor het terugwinnen van voedingsstoffen en / of water in de ruimte.
Urinanitrificatie is een proces dat alleen biologisch kan worden uitgevoerd, gekatalyseerd door een consortium
van drie functionele groepen bacteriën, d.w.z. (i) urease-positieve heterotrofen die verantwoordelijk zijn voor de
hydrolyse van ureum tot ammoniak en voor aërobe oxidatie van organische verbindingen in urine, (ii)
ammoniak oxiderende bacteriën die verantwoordelijk zijn voor de aërobe oxidatie van ammoniak tot nitriet
(nitritatie), en (iii) nitrietoxiderende bacteriën die verantwoordelijk zijn voor de aërobe oxidatie van nitriet tot
nitraat (nitratatie). Door een efficiënte samenwerking van deze deelprocessen, urine nitrificatie
kan worden uitgevoerd in een enkel bioreactorsysteem dat een microbiële biomassaretentie bevat
systeem en wordt gevoed met urine en zuurstof. In tegenstelling tot de toepassing op aarde, nitrificatie van urine
is nog niet getest in de ruimte, omdat de ontwikkeling ervan wordt uitgedaagd door een bepaalde ruimteomgeving
verwante aspecten die biologisch zijn (cfr. vermindering van complexiteit door selectie en synthetisch
hercompositie van de gemeenschap met alleen de essentiële microbiële soorten, stabiele samenwerking van
de drie functionele groepen, biofilm vorming en structuur onder microzwaartekracht, effect van
straling) en technologisch (cfr. substraattransport naar en binnen de biologische gemeenschap
onder omstandigheden van microzwaartekracht, b.v. zuurstofgasoverdracht van gas naar vloeistof).
Het URINIS-project wil een principieel bewijs leveren dat urinematrificatie een essentieel proces is
in het MELiSSA-levensondersteuningssysteem is mogelijk onder ruimtecondities in het ISS. Haar
demonstratie zou toekomstige kansen openen voor geavanceerde recycling van nutriënten en water in
Ruimte, waardoor er minder behoefte is aan bevoorrading en / of een hoog energieverbruik. De eerste grond
studies van URINIS leverden voorkennis op over aspecten zoals activiteiten, groeipercentages,
celmotiliteit en biofilm gerelateerde organisatie van deze nitrificerende bacteriën, met en zonder
gesimuleerde zwaartekracht. Een van de resultaten was de ontwikkeling van een 'xperiment Scientific'
Vereiste document voor URINIS A dat is goedgekeurd door ESA. De huidige URINISA
Het Prodex-voorstel bouwt voort op de knowhow die tijdens de eerste fase van het project is verzameld om ervoor te zorgen
het succes van het eerste proof-of-principle van nitrificatie van urine in de ruimte dat wordt uitgevoerd op het ISS
in de periode 2022-2024. URINIS-A fase 2 stelt een ambitieus werkplan op om de
bestaande kennislacunes en begint met de ontwikkeling van geschikte hardware voor de vlucht
experiment.