Het op de Amerikaanse sciencefictionfilm Dune geïnspireerde pak stelt astronauten in staat om urine om te zetten in drinkwater. Twee vliegen in één klap dus.
Tijdens ruimtewandelingen moeten astronauten hun behoefte doen in hun ruimtepakken. Dit is niet alleen een beetje ongemakkelijk en onhygiënisch, maar ook verspillend, omdat het water uit de urine niet wordt hergebruikt zoals wel op het internationale ruimtestation het geval is. Een mogelijke oplossing zou een geheel omhullend ‘stillsuit’ kunnen zijn, vergelijkbaar met het pak uit de Amerikaanse sciencefictionfilm Dune. Dit pak kan water opvangen en zuiveren dat verloren gaat door zweten en urineren, om het vervolgens om te zetten in drinkwater. En nu maken wetenschappers sciencefiction werkelijkheid.
Het pak
Onderzoekers hebben hun een eigen ‘stillsuit’ ontwikkeld dat urine opvangt en filtert. Het pak is inclusief ondergoed, van meerdere lagen flexibele stof. Dit ondergoed is verbonden met een opvangbeker van gevormd silicone, die in grootte verschilt voor vrouwen en mannen en perfect rond de geslachtsdelen past. De binnenkant van de opvangbeker is voorzien van een bekleding van polyester microvezel of een mix van nylon en spandex. Deze materialen helpen om urine weg te leiden van het lichaam naar het binnenste van de beker, waar een vacuümpomp het vervolgens opzuigt. Een RFID-tag, die verbonden is met een absorberende hydrogel, wordt geactiveerd zodra deze vocht detecteert, wat de pomp in werking stelt.
Filter
Nadat de urine is verzameld, wordt deze doorgevoerd naar het urinefiltratiesysteem. Daar ondergaat het een tweestaps filtratieproces: eerst met voorwaartse en dan met omgekeerde osmose, met een efficiëntie van 87 procent. Dit proces maakt gebruik van een concentratiegradiënt om water uit urine te verwijderen, geholpen door een pomp om water van zouten te scheiden. Het gezuiverde water wordt vervolgens verrijkt met elektrolyten en teruggepompt naar de drinkzak in het pak, klaar voor consumptie. Het hele proces van het verzamelen en zuiveren van 500 ml urine duurt slechts vijf minuten.
“Het ontwerp bevat dus kort gezegd een externe katheter die op vacuüm werkt en verbonden is met een combinatie van omgekeerde en voorwaartse osmose-eenheden,” legt onderzoeker Sofia Etlin uit. “Dit zorgt voor een constante toevoer van drinkwater, met diverse veiligheidsmechanismen om de gezondheid van de astronaut te waarborgen.”
Compact
Het systeem omvat controlepompen, sensoren en een LCD-scherm, allemaal gevoed door een 20,5V batterij met een capaciteit van 40 ampère-uren. Het is compact met afmetingen van 38 bij 23 bij 23 cm en weegt ongeveer acht kilogram, waardoor het gemakkelijk op de rug gedragen kan worden.
Problemen
De behoefte aan dit futuristische ruimtepak is groot. Dat komt omdat astronauten al lange tijd klagen over het gebrek aan comfort en hygiëne van het bestaande systeem in het traditionele NASA-ruimtepak, dat bekend staat als het maximum absorbency garment (MAG). Dit systeem, dat al sinds de late jaren 1970 wordt gebruikt, werkt als een meerlagige volwassen luier gemaakt van superabsorberend polymeer. “Er zijn meldingen geweest van lekkage bij de MAG, wat gezondheidsproblemen heeft veroorzaakt zoals urineweginfecties en gastro-intestinale klachten,” zegt Etlin. “Bovendien hebben astronauten momenteel slechts één liter water beschikbaar in hun drinkzakken in het pak. Dit is niet genoeg voor de geplande lange maanwandelingen, die tot tien uur kunnen duren, en zelfs in noodgevallen wel 24 uur in beslag kunnen nemen.”
Maan- en Marsmissies
Het nieuwe systeem is speciaal ontwikkeld voor de aanstaande maan- en Marsmissies. NASA is namelijk van plan om in 2025 en 2026 naar de maan terug te keren, waarbij astronauten eerst om de maan zullen cirkelen om vervolgens op de zuidpool te landen. Deze missies zullen worden gevolgd door bemande expedities naar Mars, gepland voor het begin van de jaren 2030. En dan komt een nieuw pak dat urine doeltreffend kan omzetten in drinkwater natuurlijk goed van pas.
De studie, gepubliceerd in het tijdschrift Frontiers in Space Technology, markeert een belangrijke stap voorwaarts in de ontwikkeling van geavanceerde ruimtevaarttechnologieën. Met het prototype gereed kan het nieuwe ontwerp nu worden getest onder gesimuleerde omstandigheden en later tijdens daadwerkelijke ruimtewandelingen. “Ons systeem zal worden getest in gesimuleerde microzwaartekrachtomstandigheden, omdat dit de belangrijkste factor is in de ruimte waar we rekening mee moeten houden,” stelt onderzoeker Christopher Mason. “Deze tests zullen ervoor zorgen dat het systeem goed functioneert en veilig is voordat het wordt gebruikt tijdens echte ruimtemissies.”
