السفر إلى الفضاء وأفكار المستقبليين حول القمامة (افتتاحية)

استخدام ثقب دودي للسفر

تفسير فنان لاستخدام ثقب دودي للسفر عبر الفضاء ، إحدى طرق ضغط الزمكان والحد من الوقت الذي يقضيه في الرحلة. (رصيد الصورة: ناسا)



ش. حساء كان مديرًا أول في صناعات التعليم الفني وتطوير البرمجيات ، وحاصل على درجات علمية في علم الأحياء والاتصالات الإذاعية. وهو مؤلف سلسلة الخيال العلمي ، السفن الفضية (جوتشا ، 2015). ساهم جوتشا في هذا المقال في موقع ProfoundSpace.orgأصوات الخبراء: افتتاحية ورؤى.



منذ فجر العصر الصناعي ، جعل البشر صحة البيئة اعتبارًا ثانويًا ، في أحسن الأحوال. نحن نلوث مجارينا وأنهارنا وبحيراتنا ومحيطاتنا بمبيدات الآفات والجريان السطحي للأسمدة والتعدين ومخلفات النفط والمنتجات البتروكيماوية وآلاف المنتجات الخطرة الأخرى. وصل التلوث إلى النقطة التي يصبح فيها تنظيف بيئتنا - على نطاق واسع باستخدام المعدات الثقيلة - غير عملي ، وعلى الرغم من الجهود الحالية ، تخسر البشرية معركة إدارة النفايات. لا تستطيع إعادة التدوير التجارية والحكومية التعامل مع الحجم الهائل للنفايات ، وهذه البرامج تتفوق فقط في معالجة مواد مثل الورق والألمنيوم والصلب. في الأساس ، الأشكال الحالية لجمع القمامة وإعادة التدوير غير مقبولة.

إذن ، هل هناك جانب إيجابي لتحديات التلوث الهائلة التي نواجهها؟ نعم ، أعتقد أن هناك أملًا ، وسيأتي من معالجة النفايات على نطاق صغير ، وكسر روابط الجزيئات من خلال الوسائل الميكانيكية الحيوية ، ومن المحتمل جدًا أن تنشأ العديد من هذه الابتكارات من جهود الاستكشاف والعيش فيها. فضاء.

ما وراء رقعة القمامة



أنا أعشق مستقبل القمامة ، وهو مستقبل يتم فيه إعادة تدوير أو استعادة جميع النفايات بالكامل. للوصول إلى هناك ، يتطلب الأمر التقارب بين التقنيات الجديدة والرغبة الجادة في حماية البيئة.

تواجه البشرية تحديات هائلة ، وإدارة الطلب المتزايد باستمرار على المياه النظيفة والغذاء ، والحفاظ على الموارد المتضائلة ، التحول إلى مصادر الطاقة المتجددة والعكس آثار التلوث وتغير المناخ ، على سبيل المثال لا الحصر.

ثم هناك مليارات الأطنان من البلاستيك التي تم التخلص منها عبر كوكبنا خلال الستين عامًا الماضية. تراكم الكثير من الحطام في المحيط الهادئ وقد أطلق عليه رقعة قمامة كبيرة في المحيط الهادئ . يعتقد العلماء أن القمامة كانت تغرق تحت السطح ، مما يجعل القياس الدقيق لكمية القمامة أمرًا صعبًا. [ بالصور: رقعة نفايات المحيط الهادئ الكبرى ]



تشكل المواد البلاستيكية ، التي تجعلها متانتها وقلة تكلفتها ومرونتها خيارًا سهلاً للمنتجات الاستهلاكية والصناعية ، غالبية حطام رقعة القمامة. في عملية تسمى تدهور الصورة الناجم عن عنصر الأشعة فوق البنفسجية (UV) للإشعاع الشمسي (إشعاع بطول موجة من 0.295 إلى 0.400 ميكرومتر) ، تم تقسيم البلاستيك إلى قطع أصغر وأصغر. تذكر National Geographic أن العلماء قد جمعوا ما يصل إلى 750.000 قطعة من البلاستيك الصغير في كيلومتر مربع واحد من رقعة القمامة الكبرى في المحيط الهادئ - أي حوالي 1.9 مليون بت لكل ميل مربع.

طريق أنظف إلى الفضاء

سيتطلب توسع الجنس البشري في الفضاء التغلب على مشاكل جديدة وفريدة من نوعها. لقد قدمت بالفعل العقبات التي تم التغلب عليها في وقت مبكر من استكشاف الفضاء مساهمات لا تقدر بثمن لتقنيات اليوم وساعدت في معالجة المشكلات التي واجهناها على هذا الكوكب.

الأهم من ذلك ، أن استكشاف الفضاء لن يكون مستقبلًا للمسبارات العادلة التي يتم إطلاقها للتحقيق في الكويكبات والأجسام البعيدة - وهو ما أشيد به - ولكن الأهم من ذلك ، إنشاء موائل طويلة الأجل ، سواء كانت مهمات حكومية أو تجارية ، والتي يدعوها باز ألدرين بشكل مناسب `` الدوام ''. ' أوضح رائد الفضاء السابق وخريج ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا خطة طموحة وعملية لاستعمار المريخ . [ الولايات المتحدة بحاجة إلى مستعمرة المريخ ، باز ألدرين يخبر أعضاء مجلس الشيوخ ]



مع التحديات الهائلة التي تواجه البلدان اليوم - تضاؤل ​​الموارد الثمينة ، وآثار تغير المناخ ، وتفشي الأمراض الفتاكة ، والصراعات طويلة الأجل ، والهجرة البشرية الجماعية - لا يمكن أن تكون مشاريع إعادة التدوير / الاستصلاح بنسبة 100 في المائة على رأس أولوياتها. ومع ذلك ، فإن استكشاف الفضاء على المدى الطويل سيكون له أولويات الغذاء والماء والأكسجين والوقود والتحكم في البيئة والحماية من الإشعاع الشمسي ،وكومة متزايدة من المواد المستهلكة ... قمامة.

سيتطلب السكن طويل الأمد إدارة فعالة للغاية للموارد من الماء والهواء والمواد العضوية وغير العضوية: تلك العناصر التي تدخل عادةً أكوام القمامة لدينا عند التآكل وتتكون من كل شيء من أختام الأبواب إلى مواد التشحيم المستهلكة. سيتعين على علمائنا التعامل مع التحدي المتمثل في إعادة التدوير مع التركيز على حلول بنسبة 100 في المائة ، وستشكل إعادة تدوير المواد غير العضوية التحدي الأكبر. ببساطة ، ستكلف القمامة الكثير لإعادة شحنها إلى الأرض ، وسيكون من المفيد إعادة تدوير هذه النفايات بالكامل إلى مكونات مفيدة بيئيًا. مع تضاؤل ​​موارد الأرض ، كلما كان بإمكاننا إعادة تدوير واستعادة ما نسميه اليوم 'القمامة' وإعادة توظيفها في منتجاتنا التجارية ، كلما تمكنا من إطالة عمر موارد الأرض. [ يقول الخبراء إن المهمة المأهولة إلى المريخ بحلول عام 2030 ممكنة حقًا ]

تفكيك القمامة المتينة

قد تتحلل المنتجات البتروكيماوية - من المطاط الصناعي والمذيبات إلى الألياف والبلاستيك - بفعل العديد من الكائنات الحية الدقيقة ، التي تكسر روابط الكربون لإنتاج منتجات ثانوية مثل الميثان وثاني أكسيد الكربون والماء. وتمثل الموائل الفضائية بيئة مثالية لتجربة الأنظمة المغلقة التي تستخدم الكائنات الدقيقة المهندسة بيولوجيًا لإعادة تدوير المنتجات البتروكيماوية حيث ، في حالة الإطلاق العرضي للكائنات الحية ، قد يكون من المناسب فتح منطقة الاختبار للفراغ. لماذا تجربة الكائنات الدقيقة المهندسة بيولوجيا؟ هناك الكثير من الأمثلة التي تعطي مصداقية لهذا المفهوم.

قبل أربعين عامًا ، شينيتشي كينوشيتا ، ساداو كاجياما ، كازوهيكو إيبا ، ياسوهيرو يامادا وهيروسوك أوكادا اكتشف سلالةفلافوباكتيريومالتي هضمت بعض المنتجات الثانوية من تصنيع النايلون 6 ، وهو شكل من أشكال ألياف النايلون المتين ويمتلك قوة شد عالية ، فضلاً عن المرونة. الألياف مقاومة للتجاعيد ومقاومة عالية للتآكل والمواد الكيميائية مثل الأحماض والقلويات. من المثير للدلالة أن هذه المواد التي لم تكن موجودة قبل عام 1935 أصبحت مصادر طاقة للبكتيريا. يمكن للكائنات الدقيقة ، بمعدل تكاثرها الهائل ، أن تتطور بسرعة لتتكيف مع البيئات المتغيرة باستمرار.

أسفرت رحلة قام بها طلاب جامعة ييل وأستاذ الكيمياء الحيوية الجزيئية سكوت ستروبل إلى حديقة ياسوني الوطنية في الأمازون عن اكتشاف الفطريات الداخلية (عيش الغراب) القادرة على أكل بلاستيك البولي يوريثين . (البولي يوريثين هو بوليمر اصطناعي يمثل أساس الكثير من المواد البلاستيكية اليوم).

تم العثور على اتحادات الميثانوجين ، وهي مجموعة متنوعة من البكتيريا البدائية الموزعة على نطاق واسع والتي تحدث في البيئات اللاهوائية وقادرة على إنتاج الميثان من عدد محدود من الركائز - بما في ذلك ثاني أكسيد الكربون والهيدروجين والأسيتات والميثيل أمين - تعمل على تحلل الستايرين ، باستخدامه ككربون. المصدر و قامت الفطريات المختلفة بتكسير البولي فينيل كلوريد الملدن (بك). أثرت التربة ، التي تم تحفيزها بيولوجيًا عن طريق إدخال الكتلة الحيوية للقمح ، بشكل كبير على أنواع الفطريات المتكاثرة على البولي يوريثين. تم العثور على أكثر الفطريات نشاطًا في تحلل البولي يوريثين لدرجة أن المادة تفقد ما يصل إلى 95 في المائة من قوتها الشد.

أحد الأمثلة على التحلل البتروكيماوي يتضمن بكتيريا على شكل قضيب ،الكانيفوراكس بوركومينسيس، والتي توجد في جميع أنحاء المحيطات. ال تستهلك البكتيريا الألكانات ، وهو شكل من أشكال الهيدروكربون ، باعتباره الشكل الأساسي للطاقة ، حيث يتحلل إلى ثاني أكسيد الكربون والماء. إنه هوائي ويفضل بيئة مالحة مثل مياه المحيط. هذه البكتيريا القديمة ، المقيمة منذ أن بدأ الكوكب تتسرب الهيدروكربونات من قيعان المحيطات ، ازدهرت بكميات كبيرة بعد تسرب النفط من ديب هورايزون في خليج المكسيك وساهمت في إزالة الهيدروكربونات من مياه الخليج.

كان هجوم الكائنات الحية الدقيقة على البتروكيماويات مستمرًا منذ ظهور كل منتج. حتى محطة الفضاء ومير وجد أنهما كانا يزرعان أكثر من 70 نوعًا من البكتيريا والعفن والفطريات في كريات مائية متكثفة حرة عائمة ، ويختبئان خلف مناطق مثل الألواح الكهربائية للمحطة - والعفن قادر على تحلل المطاط إلى مركبات قابلة للهضم.

مقال من علم الأحياء الدقيقة التطبيقي والبيئي مفصل عن أنواع الخمائر والبكتيريا والطحالب والأشنات التي تم العثور عليها تنمو على و تحطيم المشغولات البوليمرية الاصطناعية في المتاحف والمواقع الأثرية . كانت الفطريات والبكتيريا مسؤولة عن زيادة فقدان الملدنات في PVC والنشاط الأنزيمي في منتجات البولي يوريثين. تعمل الفطريات والبكتيريا المهينة للخشب على تحلل النايلون إنزيمًا ، كما أدت الفطريات المنتجة للميلانين إلى تعطيل مادة الأكريليك.

حتى الراتنجات الفينولية وبوليمرات الفينول فورمالدهيد - المكونات الرئيسية في منتجات مثل الباكليت - لوحظ أنها تتحلل ، في هذه الحالة بفطر العفن الأبيض ،Phanerochaete chrysosporium. اعتبرت هذه البوليمرات غير قابلة للتحلل ، واعتبارًا من عام 2006 ، تم إنتاج منتجات من هذا النوع بمعدل سنوي قدره 2.2 مليون طن متري في الولايات المتحدة.

الحياة الهندسية لمعالجة القمامة

تمثل الموائل الفضائية ، بعزلتها الكاملة ، فرصة ممتازة لتجارب إدارة النفايات على نطاق صغير والتي قد تتضمن كائنات دقيقة معدلة وراثيًا. لسوء الحظ ، لن تكون هذه الأنواع من التجارب ذات أولوية في المراحل المبكرة من الموائل. ستكون المستلزمات ثمينة للغاية بحيث لا يمكن استهلاكها في تجارب 'من الجيد إجراءها'. ومع ذلك ، عندما تتطور الموائل إلى حجم المستعمرات ، وتؤوي الآلاف من السكان ، قد يصبح 'من الجيد أن يكون لديك' أمرًا 'ضروريًا' ، وسيزداد الضغط لتطوير عمليات فعالة لإعادة تدوير المواد غير العضوية ، مثل البلاستيك ، فقط مع نمو المستعمرات .

اذا أنت

إذا كنت خبيرًا موضعيًا - باحثًا أو قائدًا تجاريًا أو مؤلفًا أو مبتكرًا - وترغب في المساهمة بمقالة افتتاحية ، مراسلتنا عبر البريد الإلكتروني هنا .(رصيد الصورة: demokratija.eu)

إن إنشاء واستخدام البكتيريا والفطريات والخمائر والطحالب والأشنات المعدلة وراثيًا لإعادة تدوير المنتجات البتروكيماوية إلى أن يتم تطوير مواد بديلة وسهلة التدوير سيكون من مسؤولية التخصصات مثل علماء الكيمياء الحيوية وعلماء الوراثة والمهندسين - أو بشكل جماعي ما أنا نرغب في استدعاء الكيميائي الحيوي لإدارة النفايات.

مهما كانت التقنيات الجديدة التي تخترعها الموائل الفضائية طويلة المدى لإدارة النفايات غير العضوية ، أو إعادة تدوير المواد إلى مكونات قابلة لإعادة الاستخدام ، أو منتجات البناء ، أو أغراض عملية أخرى ، آمل بشدة أن تترجم إلى نعمة لإيجاد حلول لمشاكل الأرض.

قد تؤدي الخطوة الأولى على الأرض إلى تقييد التطبيقات على المرافق الخاضعة للرقابة ، ومعالجة القمامة من المنازل والشركات. في وقت لاحق ، مع التكرارات اللاحقة التي تحد من دورات حياة الكائنات الدقيقة ، يمكن تطبيق الحلول على المياه المفتوحة للأرض والمناظر الطبيعية. المجد لمستقبل إدارة القمامة!

ربما في المستقبل ، قد يتم إنشاء المنتجات التجارية من خلال تقنيات مثل التصنيع بالنانو. سيقضي على مشكلة اختراع طرق إعادة التدوير أو إيجاد أماكن لدفن نفاياتنا ، حيث يمكن إصلاح هذه المنتجات أو إعادة تدويرها عن طريق عكس عملية التصنيع بالنانو - أو استخدام 'النانو' ، كما أشير إليها في سلسلتي العلمية- روايات خيالية السفن الفضية '.

بصفتي ناشطًا في مجال البيئة ، لا أرى أن هذه الابتكارات المستقبلية لطيفة. أنا أراهم ضروريات اقتصادية. إذا كنا نرغب في الحصول على متسع من الوقت لاستكشاف نظامنا الشمسي ، وبناء الموائل على الكواكب والأقمار البعيدة وإشراك المشاريع التجارية ، فيجب علينا ضمان صحة القاعدة الاقتصادية العالمية ، التي ستنطلق منها الأموال والموارد لتغذية فضائنا مساعي الاستكشاف.

في الوقت الحاضر ، لدينا يقدر عدد سكان العالم بـ 7.27 مليار شخص ، وبحلول منتصف القرن الحادي والعشرين ، ومن المتوقع أن يصل هذا الرقم إلى 9.6 مليار . بغض النظر عن مدى مغامراتنا في الفضاء ، ستبقى الغالبية العظمى من هؤلاء الأشخاص على الأرض ، وسيحتاجون إلى بيئة صحية وآمنة إذا أرادوا المساهمة في الاقتصاد العالمي. إن ضمان عيش البشر في بيئة نشطة لن يكون اقتصاديًا جيدًا فحسب ، بل سيكون الشيء الصحيح الذي يجب القيام به.

تابع جميع قضايا ومناقشات أصوات الخبراء - وكن جزءًا من المناقشة - على موقع التواصل الاجتماعي الفيسبوك و تويتر و + Google . الآراء المعبر عنها هي آراء المؤلف ولا تعكس بالضرورة آراء الناشر. تم نشر هذا الإصدار من المقالة في الأصل موقع demokratija.eu.