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Biocontamination Integrated cOntrol of Wet sYstems for Space Exploration

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Überwachung und Verhütung von Wasserverunreinigungen in Lebensräumen im Weltraum

Die Verhütung, Überwachung und Kontrolle biologischer Verunreinigungen von Wasser und Feuchtgebieten in Lebensräumen im Weltraum stellt eine einzigartige Herausforderung dar. BIOWYSE entwickelte eine zuverlässige, schnelle, automatisierte und leichte Lösung.

Weltraum

Eines der Probleme im aktuellen Kampf gegen Verunreinigungen im Weltraum besteht darin, dass Überwachung und Prävention als separate Aktivitäten durchgeführt werden. Dies ist insofern mit Schwierigkeiten verbunden, als dass es keine tragfähige Option darstellt, die Proben zur Analyse und Desinfektion zur Erde zurückzuschicken. Das EU-finanzierte Forschungs- und Innovationsmaßnahmenprojekt BIOWYSE entwickelte und demonstrierte ein kompaktes System, in dem die Überwachung von Mikroorganismen in Echtzeit mit einer nahezu augenblicklichen UV-basierten Desinfektion kombiniert wurde, ohne dass dabei schädliche Nebenprodukte erzeugt werden. Im Rahmen des Projekts wurden Parameter für die Wasserqualität anhand von Daten über das Vorkommen von Adenosintriphosphat-Molekülen (die auf das Vorhandensein von Mikroben und damit auf Verunreinigungen hinweisen) ermittelt, die mit durch andere Techniken gesammelten Daten in Beziehung gesetzt wurden. Die BIOWYSE-Teams waren die ersten weltweit, die wissenschaftliche Beweise dafür vorlegten, dass UV-Effekte auf mikrobiologische Verunreinigungen im Wasser mithilfe der ATP-Überwachung bestätigt werden konnten.

Integriertes System

Die BIOWYSE-Hardware (das „Steckbrett“) demonstrierte die Technologien, die zusammenwirken, wenn Wasser in das Präventionsmodul (einen beschichteten Tank zur Verhinderung der Ansammlung von Mikroben während der vorübergehenden Lagerung) eindringt und dort gespeichert wird. Anschließend fließt das Wasser zum Überwachungsmodul, wo es mithilfe von Biolumineszenz (die sowohl für Wasser- als auch für Oberflächenproben geeignet ist) auf das Vorhandensein von Biomasse getestet wird. Wenn ein gewisser Schwellenwert erreicht ist, wird im Dekontaminationsmodul eine UV-Desinfektion durchgeführt, um die vorhandenen Mikroben unschädlich zu machen und das Wasser auf ein sicheres Trinkwasserniveau zu bringen. Schließlich kommt es bei der Ausgabe an und kann beispielsweise in einen persönlichen Trinkbeutel abgefüllt werden. Die Steuerungs- und Dienstleistungsmodule sorgen dafür, dass das gesamte System funktioniert, welches fast zwei Jahre lang sowohl im Labor als auch in der Praxis getestet wurde. Die zum Testen und Kalibrieren des Systems verwendeten Wasserproben reichten von sterilem Wasser über Leitungswasser bis hin zu verschmutztem Leitungswasser, das wochenlang in einem Tank stand. In den Feldversuchen wurde zudem auch Höhlen- und Flusswasser untersucht. Darüber hinaus wurden die Ergebnisse von VIABLE ISS (einer Studie, bei der Materialien monatelang auf der ISS gelagert und Referenzproben von der Erde zur Analyse des Mikrobenwachstums gegenübergestellt wurden) zur Bestimmung der optimalen Zusammensetzung der Tankbeschichtung des Präventionsmoduls verwendet, um so Ansammlungen von Mikroben vorzubeugen. „Man kann sich BIOWYSE als fortschrittlichen, intelligenten Wasserkühler vorstellen. Auch wenn die Überwachung von Mikroorganismen unabhängig von ihrer Kultur – was so viel heißt wie, dass man weiß, dass da etwas ist, aber nicht was es ist – nicht der üblichen Herangehensweise an Weltraumangelegenheiten entspricht, so ist sie durch die Vermeidung komplizierter Tests zur Identifizierung der einzelnen Krankheitserreger und die nahezu sofortige UV-basierte Desinfektion jedoch äußerst effektiv“, so Projektkoordinator Emmanouil Detsis. Die kompakte BIOWYSE-Baugruppe wurde so konzipiert, dass sie direkt im entsprechenden „Regal“ an Bord der ISS installiert werden kann.

In neue Gefilde vorstoßen

BIOWYSE hat bereits ein gemeinsames Patent der Konsortiumsmitglieder Thales Alenia Space Italia und des französischen KMU GL Biocontrol, das sich auf die Wasserüberwachung spezialisiert hat, jedoch bisher über keine Erfahrung im Weltraum verfügte, für die effiziente Probenahme von feuchten Oberflächen an Raumstationen hervorgebracht. Einem weiteren Partner namens AquiSense Technologies, der das UV-Desinfektionssystem entwickelt hat, gelang der Sprung zum im Weltraumsektor führenden Anbieter für UV-Lampen, ohne einen einzigen Kunden im Weltraumbereich gehabt zu haben. Das Unternehmen stellt UV-LED her, die alle bisherigen kommerziellen Anwendungen von UV-LED bei kleinen Wasserreaktoren in den Schatten stellen. BIOWYSE hatte schon immer die Anforderungen zukünftiger Lebensräume im Weltraum im Blick, da Missionen zum Mond oder Mars in hohem Maße unabhängig von der Erde sein müssen und Wasser möglicherweise bis zum Eintreffen der Besatzungen gespeichert werden muss. „Das Hauptaugenmerk liegt jetzt auf dem Aufbau eines Systems, das zur Weltraumstation geflogen werden kann. Aus diesem Grund ersuchen wir die Europäische Weltraumorganisation sowie nationale Behörden um Fluggelegenheiten“, sagt Detsis.

Schlüsselbegriffe

BIOWYSE, Weltraum, biologische Verunreinigung, ISS, Wasser, Lebensraum, UV, Mond, Mars, Erde, Desinfektion, feucht

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