Alimentos Espaciais – Como Alimentaremos a Próxima Onda de Pioneiros da Humanidade?

Um Novo Tipo de Exploração Espacial

Após várias décadas de estagnação após a aterrissagem na Lua, uma nova corrida espacial está se intensificando. O gatilho foi o extraordinário sucesso da SpaceX (SPCX ) em criar um foguete reutilizável, reduzindo o custo de lançamento para órbita em ordem de magnitude. Com o mais recente veículo de lançamento, o Starship, sendo testado, os custos devem diminuir ainda mais.

Fonte: Visual Capitalist

A SpaceX pode ser a empresa espacial mais impressionante, mas muitas outras a seguem – incluindo várias empresas chinesas de foguetes, tanto privadas quanto financiadas pelo Estado.

Simultaneamente, a NASA e seus parceiros planejam retornar à Lua e estabelecer uma base permanente lá; China e Rússia também têm ambições semelhantes. Na próxima década, a SpaceX pretende ver os primeiros homens caminhar em Marte.

Portanto, é quase certo que veremos muito mais astronautas nas próximas décadas do que desde a era dourada da exploração espacial. Ao contrário dos anos 1960, eles viverão no espaço em habitats distantes, não apenas viajando alguns dias até a Lua ou permanecendo em órbita baixa da Terra em estações espaciais.

Isso significa mais pessoas, mais distantes, e no caso de Marte, meses de viagem. Tudo isso gera a necessidade de suprir os astronautas com consumíveis caros. Isso distorce a economia de abastecimento dos astronautas, favorecendo a produção do que precisam no local. A impressão 3D provavelmente desempenhará um grande papel no fornecimento de peças sobressalentes. E a comida precisará ser, pelo menos parcialmente, cultivada no local.

Além dos custos, cultivar alimentos frescos no local também ajudará a manter os astronautas saudáveis, fornecendo vitaminas C de alta qualidade e alimentos ricos em antioxidantes úteis para reduzir o perigo da radiação de raios cósmicos e tempestades solares.

Protótipos de Alimentos Espaciais

Isso não é um conceito novo, e a NASA e outras agências espaciais vêm investigando as ideias há várias décadas. Ainda assim, a falta de espaço na ISS significa que, por enquanto, apenas o projeto piloto e o protótipo foram testados, e não há planos atuais de produzir uma quantidade significativa de alimentos no espaço.

Conceito Testado #1: Cultivo de Plantas por Aeroponia

Ao cultivar plantas sem solo ou água, a aeroponia é um método que parece especialmente adequado para condições de ausência de peso, como estações espaciais, onde líquidos e poeira são problemas sérios que podem causar curtos‑circuitos e incêndios. Você pode ler mais sobre como a aeroponia funciona e como já é usada na Terra em nosso artigo “Aeroponia – Tudo o Que Você Precisa Saber“.

A aeroponia é especialmente eficiente em cultivar produtos frescos em tempo recorde e com espaço limitado, tornando-a ideal para as condições apertadas de uma nave espacial rumo a Marte ou de uma estação espacial em órbita.

Ela também pode cultivar raízes muito densas em energia, como batatas, que são fáceis de comer sem um cozimento muito complexo, ao contrário dos cereais.

Um protótipo já foi testado na ISS sob o eXposed Root On‑Orbit Test System (XROOTS) programa de demonstração tecnológica.

Fonte: NASA

Sistemas semelhantes poderiam cultivar produtos frescos para astronautas em viagens longas, como os 6‑18 meses até Marte (dependendo do sistema de propulsão). Eles poderiam incluir o Veggie (Sistema de Produção de Vegetais) já testado, Veggie PONDS e Plant Habitat‑04 (PH‑04), que cultivou com sucesso uma variedade de plantas, incluindo três tipos de alface, repolho chinês, mostarda mizuna, couve russa vermelha, flores de zínnia, trigo e pimentões.

Conceito Testado #2: Microrganismos em Recipientes

A Pesquisa Biológica em Recipientes (BRIC) foi um programa para estudar os efeitos do espaço em organismos pequenos o suficiente para crescer em placas de Petri, como leveduras e micróbios. Mas esse método de cultivo retiraria substratos ricos em energia da Terra para serem transformados em algo comestível.

Uma versão atualizada, BRIC-LED, é a versão mais recente, que usa diodos emissores de luz (LEDs) adicionais para apoiar a biologia, como plantas, musgos, algas e cianobactérias que precisam de luz para produzir seu alimento. Painéis solares ou reatores nucleares poderiam alimentar essas lâmpadas LED (semelhantes às usadas na aeroponia) e permitir o cultivo de alimentos no local.

Conceito Testado #3: Estufas Espaciais Infláveis

A NASA também desenvolveu o conceito de estufas infláveis de hidroponia, com um protótipo de 18 pés de comprimento, 7 pés de largura e 3 polegadas de diâmetro testado pelo Centro de Agricultura de Ambiente Controlado da Universidade do Arizona.

Fonte: Inside Hook

A função da estufa inflável segue o princípio da hidroponia, algo que você pode aprender em nosso artigo dedicado “Hidroponia – Tudo o Que Você Precisa Saber“.

Para os primeiros passos da colônia, estufas dobráveis ou infláveis provavelmente seriam uma boa opção para economizar massa e espaço nas naves de transporte.

Sistemas Futurísticos de Alimentos Espaciais

É necessário distinguir a questão do cultivo de alimentos no espaço dependendo do ambiente, com as 3 principais situações possíveis sendo estações/espaconaves, bases lunares e bases marcianas.

Isso cria restrições únicas que moldarão a possibilidade de sistemas alimentares em cada ambiente de forma diferente.

Órbita & Espaço Profundo

Devido ao espaço, mas também às restrições de peso (uma nave mais pesada desperdiçaria combustível), é improvável que espaçonaves e estações espaciais cultivem toda a sua comida. Mais provável, a tripulação será reabastecida quando estiver em órbita da Terra. No entanto, poderiam cultivar uma quantidade limitada de alimentos frescos, como verduras de folhas ou microalgas.

Microalgas seriam especialmente interessantes se se descobrir que a melhor forma de proteger a tripulação de uma nave viajando para Marte é uma camada espessa de água (algumas estimativas sugerem que seria necessária uma camada de água de 1 metro de profundidade para proteger a tripulação contra raios cósmicos e tempestades solares temporárias).

Portanto, poderíamos ver cada espaçonave e estação espacial orbitando Marte equipadas com uma sala de abrigo contra radiação usando muita água. Faz sentido então usar essa água também para cultivar alimentos.

Esses sistemas já são bem compreendidos e usados em experimentos de laboratório, e projetos como o BRIC-LED mostram como adaptá-los ao espaço e à ausência de peso.

Fonte: MDPI

Como bônus, o ar limitado disponível também requer reciclagem extensiva, que plantas ou algas produtoras de oxigênio poderiam ajudar a contribuir.

Bases Lunares

Graças à possibilidade de trazer módulos pré‑fabricados ou material para impressão 3D da Terra próxima, o espaço é muito menos uma preocupação. Espera‑se que a Lua também tenha alguma água disponível no local, portanto o cultivo não exigiria trazer toneladas de líquidos pesados além de fertilizantes para iniciar o cultivo em órbita.

Isso torna a ideia de uma base lunar totalmente autônoma, pelo menos enquanto a população estiver na casa das centenas ou milhares, viável.

Isso também seria um excelente campo de testes para todos os métodos de produção de alimentos que mais tarde serão necessários em Marte. Se, de alguma forma, uma colheita inteira falhar, obter reabastecimento de alimentos de emergência da Terra a 3 dias de distância não seria um problema.

No entanto, a lua é única em alguns aspectos. A noite pode durar muito tempo, tornando impossível a ideia de estufas domadas que dependam de luz natural. Pela mesma razão, reatores nucleares provavelmente precisarão fornecer energia em vez de painéis solares.

Ela também não tem atmosfera alguma, reduzindo a possibilidade de obter CO2 gratuito e equilibrar o excesso de oxigênio. Portanto, todo sistema alimentar lunar terá que ser um ciclo perfeitamente fechado.

No entanto, a Lua tem gravidade (1/6 da Terra), tornando a hidroponia ou até mesmo a aquaponia uma opção viável para fornecer culturas e até carne aos astronautas de forma menos trabalhosa que a aeroponia. Você pode ler como a aquaponia pode combinar aquicultura e hidroponia no mesmo sistema em nosso artigo “Aquaponia – Tudo o Que Você Precisa Saber“.

Cenários de Agricultura Lunar

Produtos frescos provavelmente serão cultivados localmente para fornecer um impulso de vitaminas e moral aos astronautas.

Ainda não está claro qual será a maior parte das calorias (proteínas e carboidratos). Em última análise, a economia decidirá se apenas parte ou todo o alimento dos residentes da Lua será produzido no local.

• Se for mais barato trazê‑lo da Terra em grande quantidade do que construir instalações de cultivo massivas, apenas produtos frescos serão cultivados na Lua.
• Alternativamente, se se revelar proibitivamente caro, fazendas semi‑automatizadas de batatas, feijões e grãos por aeroponia podem ser a forma de reduzir os custos operacionais das bases lunares.

Bases Marcianas

Marte está tremendamente distante da Terra. Produzir alimentos localmente será tanto uma necessidade econômica quanto uma solução de risco de segurança.

Isso foi brilhantemente ilustrado em o livro The Martian de Andy Weir, posteriormente adaptado para um filme com Matt Damon, onde um astronauta encalhado recorre ao cultivo improvisado de batatas para sobreviver. E o maior perigo que ele enfrenta não é radiação, falta de ar ou frio, mas a fome.

Fonte: Modern Farmer

O objetivo das bases marcianas também difere do da Lua. O objetivo final é a colonização plena. Portanto, se uma população de algumas dezenas ou centenas de astronautas poderia ser sustentada a alto custo da Terra, dezenas de milhares ou milhões nunca poderiam.

Isso significa que Marte precisará ser totalmente autônomo na produção de alimentos.

Os mesmos tipos de cultivo da Lua são possíveis: hidroponia ou aquaponia em larga escala. Mas como Marte tem atmosfera e um dia que dura quase exatamente 24 horas, também é possível construir estufas de superfície e coletar o CO2 que as plantas precisam da atmosfera rarefeita enquanto se extrai gelo para água.

Também é muito provável que Marte possua, como a Terra, depósitos locais de fósforo, nitrogênio e potássio que podem ser minerados e são necessários para a agricultura intensiva.

Essas estufas precisam ser aquecidas, fertilizadas e herméticas, mas proporcionarão um método de cultivo muito mais eficiente, resiliente e que demanda menos energia.

Tornando Marte Fértil

Também pode beneficiar a agricultura marciana cultivar diretamente no solo, exigindo menos maquinário que a hidroponia. Isso liberaria equipamentos, mão de obra e recursos para outros usos.

Um problema a ser resolvido é que o solo marciano (regolito) é rico em peróxido de hidrogênio (H2O2). Esse químico altamente oxidante pode matar plantas e bactérias, especialmente nas concentrações encontradas em Marte.

Felizmente, o peróxido também pode ser usado para produzir oxigênio. Isso foi demonstrado graças ao Experimento de Utilização de Recursos In Situ de Oxigênio em Marte (MOXIE) testado no rover Perseverance. Portanto, podemos imaginar facilmente missões “minerando” regolito para criar oxigênio para os astronautas, bem como para ser usado como combustível de foguetes.

E então, usar esse regolito processado, livre de peróxido, transforma‑o em solo fértil para as estufas.

Outra opção poderia ser criar lagoas artificiais, talvez sobre pequenas crateras, onde algas, conchas de água doce e peixes poderiam crescer “selvagens” com manutenção mínima, apenas mantendo as cúpulas das estufas aquecidas e herméticas.

Outras Tecnologias de Alimentos Espaciais

Até agora, discutimos principalmente o cultivo de alimentos por meio de aeroponia, hidroponia e aquaponia, bem como estufas seladas. Mas outras opções também podem ser exploradas. Uma delas é a comida sintética.

Em 2021, cientistas chineses desenvolveram o primeiro método para a síntese artificial, livre de células, de amido (C6H10O5) a partir de CO2. Considerando que o amido é o principal componente calórico de grãos como arroz, milho e trigo, isso merece atenção. E, por sinal, a atmosfera de Marte é 95% CO2.

Fonte: Science.org

O sistema usou um catalisador à base de zircônio e alcançou uma taxa de síntese aproximadamente 8,5 vezes maior que a síntese de amido no milho.

Portanto, talvez possamos imaginar um módulo integrado e automatizado que sintetize amido continuamente, literalmente do ar rarefeito. Isso poderia fornecer a maior parte das calorias necessárias para ração animal ou alimentos básicos humanos, com a agricultura tradicional focando apenas em alimentos de alta qualidade e ricos em vitaminas.

De qualquer forma, podemos imaginar esses sistemas operando autonomamente antes que qualquer astronauta pouse em Marte, para criar no local e antes da aterrissagem um grande estoque de calorias para evitar um cenário como em The Martian.

Outras opções também existem, notavelmente outros tipos de comida sintética, incluindo proteínas (veja abaixo o Solein da Solar Foods), ou carne cultivada em laboratório, ou substitutos de carne como uma carne à base de fungos testada na ISS em 2022, produzida pela empresa Nature’s Fynd.

Empresas de Alimentos Espaciais

1. Aleph Farms

A Aleph Farm conseguiu o cultivo da primeira carne cultivada (bife) em experimento de microgravidade a bordo da ISS durante a Missão Rakia. Como qualquer forma de criação pode ser impossível nas etapas iniciais da colonização espacial, a carne provavelmente será produzida apenas por esse tipo de método.

Tendo já testado o processo em microgravidade, a Aleph Farms está à frente da maioria das outras empresas de carne cultivada no mercado de alimentos espaciais. Israel aprovou seus produtos de carne para comercialização em 2024.

A empresa também está trabalhando na produção de colágeno livre de abate, um ingrediente chave em muitos alimentos, cosméticos e produtos médicos.

2. Solar Foods

Esta empresa busca “produzir alimento a partir do ar rarefeito”. Ela arrecadou €8 milhões no final de 2023 para perseguir esse objetivo.

O conceito é usar eletricidade para dividir a água em oxigênio e hidrogênio e usar o hidrogênio, bem como o CO2 atmosférico e nutrientes minerais, para alimentar microrganismos que produzirão um pó seco composto por 70% de proteína.

Comercializado sob a marca Solein, essa fonte de proteína contendo todos os 9 aminoácidos essenciais pode ser incorporada a outros ingredientes para criar uma fonte nutricional muito densa.

Fonte: Solar Foods

A empresa está explicitamente direcionada ao mercado de exploração espacial. Ainda assim, também prevê que, a longo prazo, poderia revolucionar a produção de alimentos na Terra, pois oferece uma fonte de proteína que converte energia em proteína de forma muito eficiente.

“Alimentamos o micróbio como você alimentaria uma planta, mas em vez de regá‑lo e fertilizá‑lo, usamos apenas ar e eletricidade. Com nosso processo atual, isso é 20 vezes mais eficiente que a fotossíntese (e 200 vezes mais que a carne).”

A Solar Foods recebeu a primeira aprovação regulatória de alimento novel para o Solein da Agência de Alimentos de Singapura (SFA) em setembro de 2022.

Adaptando para Alimentos Espaciais

Ao longo da história, o cultivo de alimentos e a nutrição foram forçados a se adaptar ao seu ambiente. Isso foi verdade tanto para os agricultores que cultivavam arroz em terraços na Ásia quanto para os povos Inuit que dependiam quase que exclusivamente de uma dieta baseada em carne.

O espaço não será diferente, embora tenha a característica única de não possuir fertilidade natural ou ecossistema selvagem. Isso significa que qualquer produção de alimentos no espaço dependerá inteiramente de máquinas ou ecossistemas projetados do zero por humanos.

Sistemas altamente compactos e eficientes, como alimentos sintéticos ou aeroponia, provavelmente dominarão nos ambientes mais hostis, como em espaçonaves ou na Lua sem atmosfera.

Em planetas como Marte, algo mais próximo da agricultura regular pode ser possível. A luz solar natural trabalharia em conjunto com luzes LED e sistemas agrícolas ultra‑eficientes dentro de estufas herméticas e aquecidas.

Como costuma acontecer com tecnologias espaciais, esse conceito também pode ter um impacto massivo na Terra. Nosso dia a dia já utiliza tecnologias que foram inicialmente desenvolvidas para o espaço, como filtros de água, microchips, ferramentas sem fio, lentes resistentes a riscos ou detectores de fumaça.

É possível que, em algumas décadas, amido e proteína sintéticos, fazendas de aeroponia automatizadas e estufas ultra‑eficientes para implantação em regiões desérticas e no Ártico sejam adicionados a esta lista.