På sin nye mission skal Andreas Mogensen teste danske membraner, der kun lader rent vand passere igennem. Teknologien skal lede til kompakte vandrensningssystemer, der kan bruges på fremtidens rumstationer.
Vand er livsnødvendigt for alle levende væsener, inklusive astronauterne på en rumstation.
Men i rummet er rent vand også en uhyre kostbar ressource, som der bliver passet rigtig godt på.
Det gælder om at genbruge så meget vand som overhovedet muligt, og på Den Internationale Rumstation, ISS, drikker astronauterne hinandens urin og sved.
Når urin fra toiletterne og fugten fra luften først har passeret igennem rumstationens vandrensningssystem, er det nemlig lige så rent, som det var, da det blev sendt op fra Jorden.
Og vandet smager da også fint oppe på ISS, fortæller Andreas Mogensen til Videnskab.dk:
»På min første mission smagte vandet, som vand plejer at smage. Jeg bemærkede ikke noget underligt ved det.«
Men det system, som i dag bruges til at rense vandet ude i rummet, er stort, tungt og besværligt at have med at gøre.
Den europæiske rumorganisation ESA og amerikanske NASA vil gerne have et mere kompakt vandrensningssystem på fremtidige rumstationer, og her kommer den danske astronaut Andreas Mogensen ind i billedet.
På sin nuværende mission på ISS skal han nemlig teste vandfiltre fra det danske firma Aquaporin.
Firmaet har taget sit navn efter proteiner, der sidder i cellemembranerne hos levende organismer. I naturen fungerer aquaporin-proteinerne som små kanaler, der udelukkende lader vandmolekyler passere igennem cellemembranerne.
Aquaporin udvinder proteinerne fra bakterier og placerer dem i kunstige membraner, som blandt andet kan bruges til at rense spildevand uhyre effektivt.
Det er ikke for sjov, Andreas Mogensen skal flyve rundt på Den Internationale Rumstation (ISS) de næste mange måneder. Han er der for at lave videnskab!
Blandt andet skal den danske astronaut udføre 10 eksperimenter fra danske forskningsprojekter, som strækker sig fra 3D-print til billeder af ‘jordskin’.
Du kan læse om dem ved at klikke her - eller du kan få det hurtige overblik lige her, hvor der også er links til Videnskab.dk's artikler, hvor vi går i dybden med nogle af eksperimenterne:
Da Andreas Mogensen var på sin første rumrejse i 2015, testede han også vandrensningsteknologien fra Aquaporin.
Dengang viste forsøget, at membranerne virker i rummet. Spildevand fra rumstationen blev filtreret af membranerne, som kun slap rent vand igennem.
Året efter blev tre nye sæt forsøgsudstyr sendt op til den franske astronaut Thomas Pesquet, der udførte nye eksperimenter med vandmembranerne i slutningen af 2016.
Osmose får vandet gennem membranen
Aquaporin-membranerne i forsøget på rumstationen fungerer ved osmose. Det rene vand trænger naturligt igennem membranen, fordi der er forskel på vandkoncentrationen på de to sider af membranen.
På den ene side er der spildevand, og på den anden side er der saltvand, hvilket gør vandkoncentrationen mindre. Forskellen på vandkoncentrationen giver et osmotisk tryk, så vandmolekylerne trykkes fra spildevandet og over i saltvandet.
Efter den indledende rensning af spildevandet med osmose skal saltvandet befries for salt. Det kan gøres med såkaldt membrandestillation, hvor membranen kun lader vanddamp trænge igennem – en teknologi, der skal testes i et fremtidigt eksperiment. Så efterlades saltet på den ene side af membranen, mens det helt rene vand på den anden side nu kan drikkes af astronauterne.
Illustration: Shutterstock
.
Året efter blev tre nye sæt forsøgsudstyr sendt op til den franske astronaut Thomas Pesquet, der udførte nye eksperimenter med vandmembranerne i slutningen af 2016.
»Med de første eksperimenter fik vi bevist, at der er vandtransport igennem membranerne.«
»Nu prøver vi en mere sofistikeret test, så vi efterfølgende kan måle kvaliteten af det vand, der er blevet filtreret. Vi vil finde ud af, hvor gode membranerne er til at tilbageholde de stoffer, der er i spildevandet på ISS,« siger Jörg Vogel, der har skrevet ph.d. om vandfiltrering på Danmarks Tekniske Universitet, og som nu er ansvarlig for samarbejdsprojekter hos Aquaporin.
»Formålet er at udvikle et kompakt vandbehandlingssystem, der ikke vejer så meget, og som kan bruges på fremtidige rumstationer. I stedet for et system som det nuværende på ISS, der fylder et stort skab, vil vores system kunne være i en lille boks,« fortsætter han.
Thomas Pesquet og Andreas Mogensen skulle holde rede på forskellige poser forbundet med fleksible slanger, som var svære at holde styr på i den vægtløse tilstand, hvor astronauten også skulle sørge for at betjene ventiler og sprøjter.
Det var ikke nemt at have med at gøre, fortæller Andreas Mogensen:
»Første gang var det meget manuelt. Jeg skulle sørge for at sprøjte forskellige opløsninger forbi filteret, mens det hele fløj rundt i luften foran mig.«
De nye forsøg er enklere og automatiserede, så de bliver meget lettere at have med at gøre for den danske astronaut.
Hele eksperimentet er monteret i en kasse omtrent på størrelse med en skotøjsæske til et par støvler.
Spildevandet bliver cirkuleret forbi membranerne ved hjælp af batteridrevne pumper, så det kan køre af sig selv.
Andreas Mogensen skal sørge for, at en blanding af urin og vand opsamlet fra luften tilkobles vandrensningssystemet.
Så skal han sætte rensningen i gang og kan koncentrere sig om noget andet, mens systemet kører.
Bagefter skal han pakke prøverne og systemet sammen, så det hele kan blive sendt retur til Jorden.
For at få vandrensningssystemet gjort klar til rumfart har Aquaporin allieret sig med firmaet Danish Aerospace Company (DAC), der i tre årtier har udviklet udstyr til brug i rummet.
De to firmaer har sammen stiftet Aquaporin Space Alliance, som vil forsøge at få en forretning ud af vandrensning i rummet.
Videnskab.dk bringer den komplicerede rumforskning helt ned på jorden i en ny serie, hvor vi sætter fokus på nogle af de eksperimenter, som den danske astronaut Andreas Mogensen skal lave ombord på sit ophold på Den Internationale Rumstation i 2023, og hvordan teknologierne kan bruges her på kloden.
Serien består af flere artikler og explainer-videoer, som er blevet til takket være støtte fra Uddannelses- og Forskningsministeriet. Videnskab.dk har redaktionel frihed i forhold til indholdet.
»Vi har en kontrakt med ESA om at udviklet et vandrensningssystem til bemandet rumfart baseret på denne teknologi. Så vi har brug for detaljeret viden om, hvor effektive membranerne er,« siger Thomas A. E. Andersen, der er direktør for Danish Aerospace Company.
I forbindelse med de første eksperimenter var der snak om, at et aquaporinbaseret system måske kunne erstatte det nuværende vandrensningssystem på ISS. Men nu har NASA besluttet, at det ikke er besværet værd at skifte system.
ISS er nemlig blevet gammel og har ikke så mange år tilbage.
NASA har planer om at lade ISS falde ud af kredsløb i starten af 2031, hvor rumstationen vil ende på havets bund i den sydlige del af Stillehavet.
Men før det sker, vil nye rumstationer se dagens lys, og her vil der selvfølgelig også blive brug for at rense det dyrebare vand.
Rumfartsorganisationerne i USA, Europa, Japan og Canada arbejder sammen om rumstationen Lunar Gateway, der skal i kredsløb om Månen i sidste halvdel af dette årti.
Desuden er der planer om at opsende adskillige private rumstationer i de kommende år.
De amerikanske firmaer Axiom Space, Sierra Space, Nanoracks og Northrop Grumman har alle planer om at bygge kommercielle rumstationer, som også skal bruge vandrensningssystemer.
En astronaut på ISS bruger mellem fire og seks liter vand om dagen. Vandet drikkes eller hældes i poser med frysetørret mad, og der bruges også en del på personlig hygiejne og rengøring.
NASA betaler de private firmaer SpaceX og Orbital ATK for at få sendt udstyr og forsyninger til ISS, og prisen for leveringerne er cirka en halv million kroner per kg.
Når hver liter vand, der skal sendes op til astronauterne, koster en halv million kroner, gælder det om at genbruge vandet så effektivt som muligt.
Det bliver endnu vigtigere, når Lunar Gateway skal bemandes, for det bliver meget dyrere at sende vand til Gateway end til ISS.
Med det eksisterende system på ISS bliver 87 procent af astronauternes urin genbrugt, mens stort set al den vand, der kommer fra deres sved, udånding og hygiejne, bliver genindvundet. Samlet bliver 93,5 procent af det vand, der sendes op til ISS, brugt igen.
Men det tal skal noget højere op på Gateway og især, når turen går til Mars. En rejse til Mars vil tage mere end et halvt år, og her kan astronauterne ikke få nye forsyninger undervejs. NASA satser på, at mindst 98 procent af vandet genbruges på en så langvarig mission.
Så er spørgsmålet, om det bliver dansk vandrensningsteknologi, der skal sørge for, at de første Mars-astronauter kan slukke tørsten hele vejen til den røde planet.
Læs mere om potentialet i vandfilteringsteknologien i artiklen 'Sådan kan spildevand hjælpe den grønne omstilling'.
