หนึ่งในความท้าทายสำคัญที่ต้องเผชิญกับการตั้งถิ่นฐานระยะยาวที่ตั้งใจไว้ ไม่ว่าจะเป็นในแอนตาร์กติกหรือบนดาวอังคาร (บางทีในอนาคตอันใกล้) คือการบรรลุระดับของเอกราช เพื่อให้อาณานิคมโดดเดี่ยวสามารถอยู่รอดได้แม้ในกรณีที่เกิดภัยพิบัติร้ายแรง ในการจัดเตรียม และกุญแจสำคัญในการบรรลุความเป็นอิสระนี้คือการประกันความเพียงพอของอาหารและการยังชีพด้วยตนเอง ไม่น่าแปลกใจเลยที่เทคโนโลยีการเกษตรในอวกาศเป็นหนึ่งในหัวข้อการวิจัยที่ศูนย์วิจัยอาณานิคมอวกาศแห่งมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์โตเกียวกำลังดำเนินการอยู่ในขณะนี้ นักวิจัยที่นี่หวังว่าจะเป็นหัวหอกในการพัฒนาเทคโนโลยีเพื่อการเกษตรในอวกาศที่ปลอดภัยและยั่งยืน โดยมีเป้าหมายเพื่อรักษามนุษย์ไว้เป็นเวลานานในสภาพแวดล้อมที่ปิดมาก เช่น สถานีอวกาศ

ด้วยเหตุนี้ การศึกษาเชิงนวัตกรรมจึงดำเนินการโดยทีมนักวิจัยชาวญี่ปุ่นที่นำโดยรองศาสตราจารย์ Norihiro Suzuki จากมหาวิทยาลัยวิทยาศาสตร์แห่งโตเกียว และตีพิมพ์ในวารสาร New Journal of Chemistry of the Royal Society of Chemistry ในการศึกษาครั้งนี้ ดร.ซูซูกิและทีมของเขาได้ตั้งเป้าที่จะแก้ไขปัญหาการผลิตอาหารในสภาพแวดล้อมที่ปิด เช่น ปัญหาที่เกิดขึ้นในสถานีอวกาศ

โดยตระหนักว่าชาวนาใช้มูลสัตว์เป็นปุ๋ยมานานนับพันปีแล้ว โดยเป็นแหล่งไนโตรเจนที่อุดมสมบูรณ์ ดร.ซูซูกิและทีมงานจึงได้สำรวจความเป็นไปได้ในการผลิตปุ๋ยจากยูเรีย (ส่วนประกอบหลักของปัสสาวะ) มาทำเป็นปุ๋ยน้ำ . สิ่งนี้จะช่วยแก้ไขปัญหาของการบำบัดของเสียของมนุษย์หรือการจัดการในอวกาศไปพร้อม ๆ กัน! ดร.ซูซูกิอธิบายว่า "กระบวนการนี้เป็นที่สนใจจากมุมมองของการผลิตผลิตภัณฑ์ที่มีประโยชน์ เช่น แอมโมเนีย จากของเสีย เช่น ปัสสาวะ การใช้อุปกรณ์ทั่วไปที่ความดันบรรยากาศและอุณหภูมิห้อง"

ทีมวิจัยซึ่งรวมถึง Akihiro Okazaki, Kai Takagi และ Izumi Serizawa จาก ORC Manufacturing Co. Ltd. ประเทศญี่ปุ่น ได้คิดค้นกระบวนการ "ไฟฟ้าเคมี" เพื่อให้ได้แอมโมเนียมไอออน (มักพบในปุ๋ยมาตรฐาน) จากตัวอย่างปัสสาวะเทียม . การตั้งค่าการทดลองของพวกเขานั้นเรียบง่าย ด้านหนึ่งมีเซลล์ "ปฏิกิริยา" โดยมีอิเล็กโทรด "เพชรเจือโบรอน" (BDD) และตัวเร่งปฏิกิริยาที่เหนี่ยวนำด้วยแสงหรือวัสดุ "ตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง" ที่ทำจากไททาเนียมไดออกไซด์ อีกด้านหนึ่ง มีเซลล์ "เคาน์เตอร์" ที่มีอิเล็กโทรดแพลตตินัมอย่างง่าย เมื่อกระแสไหลเข้าสู่เซลล์ปฏิกิริยา ยูเรียจะถูกออกซิไดซ์ เกิดเป็นไอออนของแอมโมเนียม ดร.ซูซูกิอธิบายความก้าวหน้าครั้งนี้ว่า "ผมเข้าร่วม "Space Agriteam" ที่เกี่ยวข้องกับการผลิตอาหาร และความเชี่ยวชาญด้านการวิจัยของฉันคือวิชาเคมีกายภาพ ดังนั้นฉันจึงเกิดความคิดที่ว่า "เคมีไฟฟ้า" ในการทำปุ๋ยน้ำ"

ทีมวิจัยได้ตรวจสอบว่าเซลล์จะมีประสิทธิภาพมากขึ้นเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงหรือไม่ โดยการเปรียบเทียบปฏิกิริยาของเซลล์ที่มีและไม่มี พวกเขาพบว่าในขณะที่การหมดสิ้นของยูเรียในช่วงเริ่มต้นจะมากหรือน้อยเท่าเดิม ไอออนที่มีไนโตรเจนเป็นส่วนประกอบที่ผลิตได้แปรผันทั้งในด้านเวลาและการกระจายเมื่อมีการแนะนำตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ความเข้มข้นของไอออนไนไตรต์และไนเตรตไม่ได้เพิ่มขึ้นเมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสง นี่แสดงให้เห็นว่าการปรากฏตัวของตัวเร่งปฏิกิริยาด้วยแสงส่งเสริมการก่อตัวของแอมโมเนียมไอออน

ดร.ซูซูกิกล่าวว่า "เรากำลังวางแผนที่จะทำการทดลองกับตัวอย่างปัสสาวะจริง เพราะมันไม่เพียงประกอบด้วยองค์ประกอบหลัก (ฟอสฟอรัส ไนโตรเจน โพแทสเซียม) แต่ยังมีธาตุรอง (กำมะถัน แคลเซียม แมกนีเซียม) ที่มีความสำคัญต่อธาตุอาหารพืช! ดังนั้น ดร.ซูซูกิและทีมของเขาจึงมองโลกในแง่ดีว่าวิธีนี้เป็นพื้นฐานที่มั่นคงสำหรับการผลิตปุ๋ยน้ำในพื้นที่ปิด และดร.ซูซูกิตั้งข้อสังเกตว่า "จะเป็นประโยชน์ต่อการพำนักระยะยาว ในพื้นที่ปิดมาก เช่น สถานีอวกาศ”

มนุษย์ที่อาศัยอยู่บนดาวอังคารอาจยังห่างไกลจากความเป็นจริง แต่การศึกษานี้ดูเหมือนจะแนะนำว่าเราอยู่บนเส้นทางเพื่อสร้างความยั่งยืนในอวกาศ แม้กระทั่งก่อนที่เราจะไปถึงที่นั่นจริงๆ!