Immagina di vivere in un posto dove la tua sopravvivenza dipende dal rimanere entro i tuoi limiti, senza consumare più cibo ed energia di quanto produci, creando abbastanza acqua dolce e aria per vivere, riducendo i rifiuti al minimo, riciclando tutto ciò che puoi e evitando di inquinare l’ambiente circostante. Questo è ciò con cui devono confrontarsi gli astronauti, in una certa misura, a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, e quello che dovrebbero affrontare in misura maggiore nei futuri insediamenti sulla Luna o su Marte. Ma è anche il modo in cui dobbiamo vivere sulla Terra se vogliamo proteggere il nostro ambiente, che è uno dei temi della Settimana Mondiale dello Spazio di quest’anno, che si svolge dal 4 al 10 ottobre. Una stazione spaziale o una base lunare è in gran parte un sistema a ciclo chiuso. Con questo intendiamo dire che deve produrre le proprie risorse e poi riciclarle, reintroducendole nel sistema perché sono limitate. Se si consuma troppo, gli astronauti potrebbero rimanere senza aria, cibo, acqua o energia, il che potrebbe essere fatale. Certo, ci sono occasionali rifornimenti dalla Terra, quindi non sono sistemi a ciclo completamente chiuso. Tuttavia, ciò che è completamente a ciclo chiuso è la Terra stessa.
Nave spaziale Terra Pensa a questo. Il nostro pianeta ha una certa capacità di carico, o ciò che il Club di Roma — un think-tank di accademici, leader aziendali e politici — ha chiamato i “limiti alla crescita” nel loro famoso rapporto del 1973. Hanno avvertito che la Terra stava cominciando a raggiungere la sua capacità di carico e presto saremmo stati in grado di generare troppa energia, consumare troppo cibo, non produrre abbastanza acqua dolce e rilasciare emissioni di gas serra nell’atmosfera che renderebbero il nostro sistema globale a ciclo chiuso insostenibile. Infatti, con il cambiamento climatico che diventa sempre più dannoso anno dopo anno, portando a siccità sempre più frequenti, carestie, incendi boschivi e condizioni meteorologiche estreme, alcuni potrebbero dire che abbiamo già raggiunto quel punto.
Descrivevano come un habitat spaziale deve soddisfare diverse funzioni per rimanere un sistema a ciclo chiuso e come ciascuna di queste possa essere riapplicata su una scala più ampia per la Terra. In primo luogo, le risorse devono essere coltivate e reintrodotte nel sistema. In questo caso, le risorse significano tutto ciò di cui un habitat ha bisogno per funzionare, dal cibo all’energia. Questo concetto deve essere gestito con attenzione, però, perché se lasciato incontrollato è soggetto a sfruttamento. Ad esempio, se tutta l’acqua ghiacciata viene estratta troppo rapidamente dal regolite lunare, non ne rimarrà abbastanza per rifornire una base lunare a lungo termine.
In secondo luogo c’è il riciclaggio di quelle risorse in modo che non vengano esaurite troppo in fretta. In un habitat a ciclo chiuso, i rifiuti non riciclati sono costosi e possono ridurre progressivamente l’habitat nel tempo, poiché significa che ci sono progressivamente meno risorse disponibili. Può anche inquinare l’ambiente dell’habitat, riducendolo ulteriormente.
Il terzo elemento è l’autosufficienza. Salvo occasionali rifornimenti dalla Terra, un habitat spaziale deve essere in grado di produrre e riparare tutto ciò di cui ha bisogno. La Stazione Spaziale Internazionale non è un habitat completamente a ciclo chiuso, ma viene utilizzata per anticipare tecnologie che potrebbero un giorno rendere altri habitat spaziali autosufficienti. Infine, un habitat a ciclo chiuso deve essere sufficientemente resistente da supportare il suo equipaggio e qualsiasi altra vita animale o vegetale, in modo indefinito. Se il sistema si rompe perché viene abusato, la durata di vita dell’habitat si riduce drasticamente.
Possiamo vedere come ognuno di questi possa essere applicato alla Terra. L’agricoltura intensiva, l’estrazione mineraria, la pesca e così via mostrano come stiamo sfruttando la coltivazione delle risorse nel nostro ciclo chiuso terrestre. Il riciclaggio può aiutarci a mantenere le nostre risorse senza inquinare l’ambiente con i rifiuti. Se le comunità possono diventare più autosufficienti, allora le emissioni di anidride carbonica possono essere ridotte perché le risorse non devono essere trasportate da regioni esterne.
La Terra ha dimostrato di sostenere la vita per quasi quattro miliardi di anni, ma il nostro approccio negligente all’ambiente e il sovrasfruttamento stanno mettendo alla prova quella resilienza.
Spazio sulla Terra È interessante notare che le tecnologie sviluppate per l’uso nello spazio possono anche aiutare sulla Terra. Un esempio classico sono i pannelli solari. Inventati nel 1954, durante l’era delle centrali elettriche a carbone, i pannelli solari non erano esattamente in voga perché all’epoca non c’era molta richiesta di celle fotovoltaiche sulla Terra. Piuttosto, i pannelli solari hanno avuto il loro successo iniziale nello spazio, fornendo energia per i satelliti già nel 1958 con il satellite Vanguard 1. L’ammontare di denaro che le nazioni spaziali sono state in grado di investire nella ricerca e sviluppo per le celle solari ha significato che, negli anni ’70, quelle celle erano sufficientemente avanzate da poter essere utilizzate sulla Terra. Oggi troviamo celle solari ovunque, con un pannello medio che produce 1,5 kilowatt di elettricità ogni giorno; e, a partire dal 2023, l’energia solare genera un totale del 5,5% dell’elettricità mondiale senza le emissioni nocive delle centrali elettriche a carbone o i rifiuti tossici dei reattori a fissione nucleare.
Altra tecnologia sviluppata nello spazio che può sostenere un modo di vivere più sostenibile sulla Terra è quella relativa agli alimenti. Gli astronauti coltivano colture sulla Stazione Spaziale Internazionale. L’esperimento, noto come Sistema di Produzione Vegetale, ha prodotto per la prima volta lattuga nel 2021, raccolta dall’astronauta NASA Michael Hopkins. L’esperimento ruota attorno alla semina di semi in un “cuscino di semi” insieme al rilascio controllato di fertilizzante e argilla e all’uso di luci LED appositamente progettate per promuovere la fotosintesi, emettendo più luce rossa e blu che incoraggiano la crescita delle piante. Queste luci ora vengono adattate per il “giardinaggio verticale” sulla Terra, un modo sostenibile di coltivare piante che non occupano troppo spazio nelle aree urbane e riciclano la loro acqua, proprio come sulla stazione spaziale. Coltivando cibo in fattorie verticali vicine alle comunità urbane, gli esseri umani possono ridurre i costi di trasporto e l’agricoltura intensiva, entrambi i fattori che producono elevate emissioni di anidride carbonica.
Il ciclo dell’acqua Parlando di acqua, è fondamentale che l’acqua venga riciclata sulla stazione spaziale, poiché il suo peso significa che è costoso portarla dalla Terra. Tutta l’acqua sulla Stazione Spaziale Internazionale viene riciclata attraverso un sistema di recupero dell’acqua, come parte del Sistema di Controllo Ambientale e di Supporto alla Vita della stazione, che può trasformare il vapore acqueo espulso dagli esseri umani in aria, sudore e persino urina in acqua potabile (che, a quanto pare, gli astronauti affermano avere un buon sapore!). L’Assemblaggio di Processamento delle Urine utilizza la distillazione in vuoto per estrarre acqua pulita dalla pipì degli astronauti, lasciando dietro di sé una “salamoia di urina” dal suono poco invitante. È stato persino sviluppato un Assemblaggio di Processamento della Salamoia poiché l’acqua utilizzabile è ancora presente in questa salamoia: in un sistema a ciclo chiuso, ogni risorsa deve essere utilizzata al massimo.
Sebbene non abbiamo bisogno di bere acqua proveniente dalle urine sulla Terra, ci sono molti luoghi nel mondo dove l’acqua dolce e pulita scarseggia. La tecnologia di recupero dell’acqua della NASA è stata concessa in licenza a aziende per creare filtri portatili che consentono alle comunità di ottenere acqua pulita da fonti contaminate.
Pulizia del carbonio Oltre al vapore acqueo, gli astronauti espellono anche anidride carbonica. Gli astronauti di Apollo 13 hanno appreso, in prima persona, i pericoli dell’accumulo di anidride carbonica quando hanno dovuto costruire rapidamente un filtro per l’anidride carbonica con pezzi di ricambio mentre tornavano a casa dalla Luna. Sulla Stazione Spaziale Internazionale, l’anidride carbonica deve essere rimossa dall’aria in modo simile.
In precedenza, l’ossigeno veniva prodotto sulla ISS mediante un sistema che lo estraeva da 400 litri di acqua portati dalla Terra ogni anno. Pertanto, non era un sistema a ciclo chiuso. Ora, l’Agenzia Spaziale Europea ha sviluppato il Sistema Avanzato a Ciclo Chiuso (ACLS) che è in grado di riciclare il 50% dell’anidride carbonica sulla stazione in ossigeno e non richiede più che grandi quantità di acqua siano portate dalla Terra. L’Assemblaggio di Riciclaggio dell’Anidride Carbonica dell’ACLS mescola idrogeno e anidride carbonica estratti dall’aria per produrre acqua e metano. Il metano viene espulso nello spazio come rifiuto, ma un Assemblaggio di Generazione di Ossigeno è in grado di separare l’acqua in ossigeno e idrogeno, quest’ultimo viene riutilizzato nel sistema ACLS per ricominciare il ciclo.
Tuttavia, prima dell’ACLS, l’anidride carbonica veniva rimossa esclusivamente tramite un minerale chiamato zeolite, che ha pori abbastanza piccoli da intrappolare le molecole di anidride carbonica e poi espellerle nello spazio. Ora, Stefano Brandani e Giulio Santori dell’Università di Edimburgo stanno esplorando modi per utilizzare la tecnologia a base di zeolite per ridurre l’anidride carbonica nell’atmosfera terrestre. Immaginano grandi ventilatori che aspirano l’aria ricca di anidride carbonica verso delle stazioni costruite con letti di zeolite che rimuovono l’anidride carbonica dall’aria. La stessa tecnologia potrebbe essere utilizzata anche più vicino alla fonte, rimuovendo l’anidride carbonica dai gas di scarico prodotti dall’industria prima che vengano rilasciati nell’atmosfera. Sebbene non possa rimuovere tutta l’anidride carbonica dall’atmosfera e prevenire il riscaldamento globale, la tecnologia di cattura del carbonio potrebbe contribuire a ridurre il cambiamento climatico e aiutare il mondo a rimanere entro l’obiettivo di non più di 1,5 gradi Celsius di riscaldamento globale.
Data la critica spesso rivolta ai programmi spaziali a livello mondiale, accusandoli di essere lussi costosi quando quei soldi potrebbero essere spesi altrove sulla Terra, è ironico che la tecnologia sviluppata per aiutare le persone a vivere nello spazio possa aiutarci a vivere meglio sulla Terra. Certo, i viaggi spaziali non sono ecologici di per sé: un razzo può emettere fino a 300 tonnellate di anidride carbonica per lancio — ma se applicata correttamente, la tecnologia utilizzata nello spazio può certamente riequilibrare la situazione aiutandoci a diventare un pianeta più green. Del resto, la Terra è la nostra nave spaziale più incredibile.