EDEN Initiative

Im Jahr 2011 startete das DLR-Institut für Raumfahrtsysteme seine Forschungsinitiative EDEN. Im Mittelpunkt stehen biologisch-regenerative Lebenserhaltungssysteme (BLSS), insbesondere Gewächshausmodule, und wie die damit verbundenen Technologien und Prozesse in zukünftige Habitate auf Mond oder Mars integriert werden können.

Der Anbau höherer Pflanzen kann zu allen wichtigen Aspekten innerhalb der BLSS beitragen und stellt einen ganzheitlichen Ansatz dar, der nicht durch ein einzelnes physikalisch-chemisches Lebenserhaltungssystem erreicht werden kann.

Der offensichtlichste Vorteil von BLSS ist die Bereitstellung von Nahrung. Frische Nahrung liefert lebenswichtige Vitamine, Mineralien und andere nützliche Makromoleküle wie z.B. bioaktive Verbindungen zur Unterstützung der Gesundheit der Besatzung. Auf diese Weise fungiert Nahrung als Gegenmaßnahme für die Belastungen, die mit der Erforschung des Weltraums durch den Menschen verbunden sind. Auf Grund der symbiotischen Beziehung zwischen Menschen (Kohlendioxid-Emittenten) und Pflanzen (Kohlendioxid-Absorber) können Gewächshäuser wertvollen Sauerstoff für die Besatzung eines Habitats liefern und Kohlendioxid binden. Durch die Nutzung der pflanzlichen Evapotranspiration können Pflanzen darüber hinaus eingesetzt werden, um Abwasser aufzubereiten.

Das physische und psychische Wohlbefinden der Astronauten ist von entscheidender Bedeutung für den Erfolg einer Mission, insbesondere gilt dies für Langzeitmissionen in ständiger Isolation und einer hochintegrierten Maschinenumgebung, von der die Astronauten in hohem Maße abhängig sind. Das visuelle Erscheinungsbild von Pflanzen ("Natur") und die Aktivitäten mit ihnen ("Gartenarbeit") sowie damit verbundene Design- und Architekturlösungen steigern das psychologische Wohlbefinden der Besatzung erheblich. Langfristig gesehen werden Biokunststoffe, Latex oder andere hochwertige Verbindungen, die aus Pflanzen gewonnen werden können, auch dazu beitragen, den Bedarf an Verbrauchsmaterialien zu reduzieren und die Autonomie der Mission zu erhöhen. Die Umwandlung von Biokunststoffen in Granulate und deren Verwendung in 3D-Druckern eröffnet darüber hinaus eine Vielzahl von In-situ-Produktionsmöglichkeiten.

Ziel des EDEN-Forschungsteams ist es, die Weiterentwicklung der momentanen Anbautechnologien weiter voranzutreiben und in weltraumtaugliche Anwendungen zu überführen. Auch wenn die gegenwärtigen Szenarien für zukünftige Missionen des Menschen zu Mond und Mars noch einige Jahre von ihrer Realisierung entfernt sind, muss schon heute mit der Entwicklung dieser Technologien begonnen werden. Nur auf diesem Weg können hochzuverlässige und ressourceneffiziente BLSS in die zukünftige Missionsarchitektur für bemannte Außenposten und Habitate auf Mond und Mars integriert werden.

Forschungsschwerpunkte

Ein Schwerpunkt stellt die Bewertung und der Entwurf von Gewächshaus-Modulen als integraler Bestandteil für Habitate und planetare Außenposten (Mond, Mars), in denen die Gewächshaus-Modulen in enger Verknüpfung mit den physikalischen und chemischen Lebenserhaltungssystemen arbeiten, dar. Die benötigten Controlled Environment Agriculture (CEA) Technologien und Prozeduren für den Betrieb werden im Space Habitation Plant Laboratory entwickelt und getestet. Das oberste Ziel ist es, hochzuverlässige Pflanzenanbausysteme mit einer maximalen Biomasse-Produktion zu entwickeln, die in ressourceneffizienter Weise (Leistung, Wasser, Nährstoffe) angebaut werden.

Controlled Environment Agriculture (CEA) ist eine Kombination aus Ingenieurwesen, Gartenbauwissenschaft und Informationstechnologie zur Entwicklung hocheffizienter Pflanzenanbausysteme. Durch den Einsatz von Technologien, die es ermöglichen, die Bereitstellung von Nährstoffen, Umweltbedingungen (z.B. Temperatur, relative Luftfeuchtigkeit, Konzentration von CO₂ & O₂) und Licht, einschließlich der spektralen Zusammensetzung sorgfältig zu kontrollieren und zu optimieren, ist es heute möglich, höhere Pflanzenerträge und kürzere Wachstumszyklen zu erzielen. Durch CEA ist sogar eine genaue Kontrolle der Lebensmittelqualität möglich (z.B. Geschmack, Anreicherung mit wichtigen Nährstoffen).

Unter den genannten Voraussetzungen konzentriert sich die EDEN-Forschungsinitiative auf planetare Szenarien, bei denen die vorgesehenen Gewächshausmodule in die allgemeinen planetaren Habitat-Infrastrukturen integriert werden.

Die EDEN-Initiative konzentriert ihre Forschungsziele auf die Integration von CEA Technologien und den eigentlichen Produktionsprozess von Nutzpflanzen. In diesem Rahmen stehen alle notwendigen pflanzenbaulichen Herausforderungen bzgl. Technologie, Anbau, Handhabung der Pflanzen und Gewächshausbetrieb im Vordergrund, wobei das biologische Verständnis der Pflanze selbst in das Forschungsgebiet der Pflanzenbiologie fällt und dort von externer Expertise behandelt wird.

Die EDEN-Forschungsgruppe betreibt im Rahmen des EDEN ISS-Projekts eine experimentelle Gewächshausanlage in der Nähe der Neumayer Station III des Alfred-Wegener-Instituts in der Antarktis. In einem semi-geschlossenen Gewächshaussystem werden dort unter mars-/mondähnlichen Bedingungen innovative Technologien und Prozesse als Vorbereitung für den Langzeitaufenthalt von Menschen auf Mond oder Mars getestet. Die Gewächshausanlage EDEN ISS ist hierbei offen für internationale Kooperationsprojekte und Experimente.

Neben der Verfolgung von Forschungs- und Entwicklungsprojekten, die auf zukünftige Weltraummissionen abzielen, beschäftigt sich die EDEN-Gruppe auch aktiv mit terrestrischen Anwendungen. Hierbei ist das Projekt MEPA (Mobiles Entfaltbares Pflanzen-Anbausystem) zu nennen. Ziel des MEPA-Projekts ist die Entwicklung eines kostengünstigen, modularen, schnell transportierbaren und einsetzbaren Gewächshaussystems für den Einsatz in humanitären Hilfsmissionen (z.B. in Flüchtlingslagern).

Space Habitation Plant Laboratory

Im Jahr 2014 wurde das Space Habitation Plant Laboratory (EDEN-Labor) eröffnet. Der Hauptgrund für die Einrichtung dieses Forschungslabors war die Notwendigkeit, praktische Erfahrungen auf dem Gebiet der Kultivierung höherer Pflanzen unter kontrollierten Bedingungen in (semi-)geschlossenen Kreislaufsystemen zu sammeln.

Das Labor bietet eine einzigartige Reihe von Pflanzenkultivierungskammern für die Durchführung von Wachstumsstudien und die Entwicklung der notwendigen unterstützenden Technologien. Im Labor werden insbesondere zahlreiche Controlled Environment Agriculture (CEA) Technologien getestet. In enger Zusammenarbeit mit der Industrie, Universitäten und Forschungseinrichtungen führt das EDEN-Team Forschungsarbeiten durch, um die Leistung und Zuverlässigkeit von Lebensmittelproduktionssystemen im Weltraum zu verbessern.

Sonstiges:

Zur Erstellung unserer Graphiken wird Think-Cell benutzt. „Zur Erstellung komplexer Diagramme, wie z.B. Linien-, Balken-, Wasserfall-, Mekko- und Gantt-Diagramme, nutzt das Institut für betriebswirtschaftliches Management im FB 12 der Universität Münster das Microsoft Office Add-In think-cell. Automatische Aktualisierungen zwischen Microsoft Excel und Microsoft Powerpoint wird standardisiert in der Anwendung angeboten. Die automatische Erstellung, Verwaltung und Pflege von Agenda und Inhaltsverzeichnis sind selbstverständlich ebenso möglich. Besuchen Sie die think-cell Website für weitere Informationen. Aktuell sucht think-cell kreative und fähige C++ Entwickler. Bei Interesse kontaktieren Sie bitte hr(at)think-cell.com.“