Cosa accade ai rifiuti nello spazio?
Per gli astronauti a bordo della Stazione Spaziale Internazionale, la gestione dei rifiuti rappresenta una sfida logistica costante. Alcuni materiali di scarto vengono raccolti e imballati in veicoli cargo, che in seguito bruciano durante il rientro in atmosfera, mentre risorse come l’acqua e l’aria vengono continuamente recuperate e riutilizzate. Con le missioni che si spingono sempre più lontano dalla Terra, la possibilità di disfarsi semplicemente dei materiali diventa sempre più limitata, rendendo cruciale il recupero e il riuso delle risorse.
Questo rende lo spazio un luogo di grande interesse per esaminare l’economia circolare. Un veicolo spaziale costituisce un ambiente piccolo e controllato in cui le risorse sono limitate, il rifornimento è costoso e lo spazio di stoccaggio riveste un ruolo fondamentale. I sistemi sviluppati per queste condizioni non rappresentano soluzioni dirette per le città o gli edifici sulla Terra, ma rivelano alcune delle difficoltà pratiche che sottendono all’idea di mantenere i materiali in circolazione. La questione centrale consiste nel progettare sistemi in cui i materiali rimangano utili più a lungo, possano essere riparati o riutilizzati e risultino più facili da recuperare quando giungono al termine della loro prima vita.
La ISS viene spesso descritta come un ambiente chiuso, ma non si tratta di un sistema materiale completamente chiuso. La stazione dipende da regolari missioni cargo provenienti dalla Terra. Le provviste arrivano cariche di cibo, attrezzature e imballaggi, mentre i materiali di scarto vengono raccolti e immagazzinati. Una parte di questi rifiuti viene caricata su navette cargo senza equipaggio, destinate a bruciare al rientro. Si tratta di una soluzione pratica, che tuttavia dipende dalla vicinanza alla Terra e da una catena di approvvigionamento funzionante. Un futuro habitat lunare o marziano disporrà di una flessibilità notevolmente inferiore.
È per questo motivo che i rifiuti solidi rimangono uno dei problemi più complessi nei voli spaziali di lunga durata. Imballaggi alimentari, materiali per l’igiene, tessuti e altri oggetti scartati sono costituiti da materiali differenti e spesso contaminati. Sottoporli semplicemente a un processo di riciclaggio convenzionale non è un’operazione semplice.
Trasformare le acque reflue in acqua e l’anidride carbonica in ossigeno
Sulla ISS, il sistema di controllo ambientale e supporto vitale raccoglie acqua da diverse fonti, tra cui l’umidità della cabina e le acque reflue. L’urina viene trattata separatamente e l’acqua recuperata viene infine reimmessa nella fornitura della stazione. L’aggiunta dell’assemblaggio per il trattamento della salamoia ha permesso al sistema di recuperare una maggiore quantità di acqua presente nel residuo concentrato derivante dal trattamento dell’urina. Il sistema combinato ha raggiunto tassi di recupero vicini al 98%, secondo la ricerca fornita per questo articolo. L’aspetto interessante risiede nella variazione dello status del materiale.
Sulla Terra, l’urina e le acque reflue vengono trattate nella maggior parte dei casi come flussi di rifiuti, mentre all’interno di una navicella spaziale costituiscono fonti d’acqua che vale la pena recuperare, poiché sostituire quell’acqua richiede l’invio di ulteriore massa dalla Terra.
Il sistema dimostra inoltre che la circolarità richiede infrastrutture. L’acqua attraversa filtri, processi di distillazione, trattamenti e altre apparecchiature, elementi che consumano energia e che col tempo richiedono manutenzione o sostituzione. Un ciclo chiuso, pertanto, non è un ciclo privo di input o perdite, bensì un sistema progettato per recuperare quanto più valore possibile prima che una risorsa abbandoni il ciclo.
Lo stesso principio si applica all’aria all’interno della stazione. Gli astronauti consumano ossigeno e producono anidride carbonica. I sistemi di supporto vitale rimuovono l’anidride carbonica dall’atmosfera della cabina, mentre l’ossigeno viene rigenerato attraverso l’elettrolisi dell’acqua. Un reattore Sabatier può combinare l’anidride carbonica recuperata con l’idrogeno, producendo acqua che può essere restituita al processo di generazione dell’ossigeno. La chimica è utile, ma non è del tutto chiusa. Il metano viene generato come parte della reazione e può essere sfogato. I ricercatori hanno esplorato ulteriori processi in grado di recuperare una maggiore quantità di idrogeno e carbonio da questo flusso. Questi sistemi illustrano un problema ricorrente nella progettazione a ciclo chiuso: recuperare una risorsa non significa necessariamente recuperare tutto. Esistono sempre residui, fabbisogni energetici e apparecchiature che devono essere sottoposti a manutenzione.
MELiSSA tratta i rifiuti come parte di un ecosistema
Sviluppato a partire dal 1989, il sistema alternativo di supporto vitale microecologico dell’ESA (MELiSSA) analizza come microrganismi e piante possano essere collegati in un ecosistema artificiale capace di riciclare rifiuti, anidride carbonica e sostanze nutritive trasformandole in risorse utili.
Presso l’impianto pilota MELiSSA presso la Universitat Autònoma de Barcelona, diversi processi biologici vengono suddivisi in scomparti. I rifiuti organici possono essere scomposti dai microrganismi, i composti azotati possono essere trasformati e gli organismi fotosintetici possono utilizzare l’anidride carbonica producendo ossigeno e biomassa. Le piante possono quindi contribuire con cibo e supportare ulteriormente il ciclo atmosferico. Il progetto riveste interesse per l’architettura poiché suggerisce che un habitat possa essere inteso come un insieme di processi interconnessi anziché come un edificio dotato di una serie di servizi separati. Cibo, aria, acqua e rifiuti non costituiscono sistemi indipendenti, ma si influenzano a vicenda.
Questo modo di pensare presenta dei parallelismi sulla Terra, dove gli edifici esplorano in misura crescente il trattamento delle acque grigie, la produzione alimentare locale, il compostaggio e altre forme di recupero delle risorse. La differenza risiede nel fatto che lo spazio rende tali relazioni molto più difficili da ignorare.
I rifiuti solidi presentano maggiori complessità
Acqua e gas possono essere trattati con una relativa efficienza poiché la loro composizione è nota e il loro recupero possiede un valore evidente. I rifiuti solidi risultano più complessi. Un veicolo spaziale può contenere plastiche, tessuti, residui alimentari, imballaggi e altri materiali all’interno dello stesso flusso di rifiuti. La loro separazione richiede manodopera o macchinari supplementari e la contaminazione può rendere il recupero più difficoltoso.
Il sistema di compattazione e trattamento dei rifiuti della NASA, noto come TCPS, costituisce un tentativo di affrontare questo problema, essendo progettato per compattare e riscaldare i rifiuti solidi, rimuovendo l’umidità e stabilizzando il materiale rimanente. Uno dei possibili utilizzi del materiale trattato si rivela particolarmente rilevante per la progettazione degli habitat: esso può entrare a far parte dell’ambiente protettivo della navicella spaziale. Invece di tentare di trasformare i rifiuti misti nei loro prodotti originari, l’approccio assegna al materiale un’altra funzione. Il design circolare non implica necessariamente che un imballaggio in plastica debba diventare un altro imballaggio in plastica; a volte la soluzione più pratica consiste nel trovare un impiego differente per il materiale residuo.
Gli esperimenti di rifabbricazione della NASA esplorano un approccio differente, impiegando la plastica scartata come materia prima per la produzione additiva. Il sistema unisce riciclaggio e stampa tridimensionale in modo che la plastica possa essere lavorata e trasformata in nuovi oggetti, come utensili o componenti. Si tratta di un’idea attraente, in particolare in un ambiente in cui trasportare ogni singolo pezzo di ricambio dalla Terra risulta complesso. Tuttavia, le plastiche dimostrano anche perché l’idea del riciclaggio infinito debba essere trattata con cautela: il trattamento e la lavorazione possono alterare le proprietà dei polimeri, mentre la contaminazione e gli additivi possono rendere i materiali più difficili da riutilizzare. Un materiale può rimanere utile dopo un ciclo di riciclaggio senza essere in grado di ripetere indefinitamente quel ciclo mantenendo la medesima qualità.
Sulla Terra, molti processi di riciclaggio comportano un certo grado di perdita di materiale, degrado o sottoriciclaggio. La domanda cruciale, tuttavia, riguarda quante vite utili il materiale possa realisticamente avere e quali quantità di energia e infrastrutture siano necessarie per garantirle. È in questo contesto che la riparazione assume la stessa importanza del riciclaggio. I veicoli spaziali sono progettati attorno a sistemi che possono essere sottoposti a manutenzione e sostituiti. Nell’architettura, un edificio assemblato a partire da componenti accessibili e sostituibili risulta più facile da adattare rispetto a uno in cui ogni elemento è permanentemente unito agli altri. Lo stesso principio si applica al design. Una sedia che può essere riparata possiede una vita materiale differente rispetto a una destinata a essere gettata via perché un singolo componente si rompe. Un edificio con connessioni a secco può essere smantellato con maggiore facilità rispetto a uno realizzato con strati di materiali inseparabili. Quando le risorse sono limitate, mantenere funzionante un oggetto esistente risulta spesso più utile che trovare un modo per riciclarlo.
I vecchi veicoli spaziali potrebbero diventare materia prima?
Una grande quantità di materiale è già presente in orbita sotto forma di stadi di razzi esauriti e veicoli spaziali non più operativi. Ricercatori e aziende stanno valutando se parte di questo materiale possa unicamente trasformarsi in materia prima per la produzione nello spazio. Aziende come CisLunar Industries hanno sviluppato concetti per una fonderia spaziale modulare in grado di lavorare il metallo in orbita. ThinkOrbital ha esplorato la produzione e la saldatura di strutture nel vuoto dello spazio. Altri esperimenti hanno esaminato metodi per tagliare e lavorare le strutture spaziali esistenti senza generare ulteriori detriti. Questi progetti rimangono molto distanti da un’industria del riciclaggio consolidata e la loro scala futura è incerta. La loro importanza appare tuttavia evidente: una volta che il lancio di nuovi materiale diventa sufficientemente complesso, gli oggetti già presenti nell’ambiente iniziano ad apparire meno come rifiuti e più come scorte di materiale.
Sulla Terra, gli edifici esistenti contengono già acciaio, legno, vetro, pietra e altri materiali. Eppure, le demolizioni trattano spesso un edificio come un oggetto finito anziché come una collezione di risorse che potrebbero essere impiegate nuovamente.
Marte modifica il problema della progettazione
Il programma CHAPEA della NASA si avvale di Mars Dune Alpha, un habitat stampato in 3D sviluppato da ICON e BIG per simulare aspetti della vita a lungo termine su Marte. La struttura costituisce un analogo piuttosto che un insediamento marziano effettivo, ma consente ai ricercatori di esaminare le modalità con cui le persone potrebbero vivere e lavorare all’interno di un ambiente limitato. Un insediamento reale dovrebbe valutare con attenzione ogni singolo oggetto importato. I materiali da costruzione, i pezzi di ricambio, gli imballaggi e le attrezzature non potrebbero essere trattati allo stesso modo di quanto avviene in un edificio convenzionale. Ciò solleva un interrogativo di natura architettonica: un singolo elemento potrebbe assolvere a più funzioni?
Una parete potrebbe fornire protezione dagli involucri e dalle radiazioni. Gli imballaggi potrebbero trasformarsi in contenitori o componenti d’interni. I rifiuti organici potrebbero diventare una risorsa per la coltivazione del cibo. I componenti potrebbero essere progettati per essere riparati anziché sostituiti. Più l’habitat diventa isolato, maggiore è il valore di queste sovrapposizioni.
Cosa ci insegna lo spazio sul design circolare
La lezione più utile offerta dallo spazio alla Terra non consiste necessariamente in una tecnologia da riportare indietro per installarla nelle nostre case. Un sistema di recupero dell’acqua di una navicella spaziale, ad esempio, risulta eccessivamente complesso e costoso per avere senso in un’abitazione comune. Il riciclaggio di vecchi satelliti in nuove strutture è altrettanto difficile da immaginare su scala cittadina.
Ciò che risulta più interessante è il pensiero alla base di questi sistemi. Nello spazio, acqua, aria, cibo, rifiuti e materiali sono strettamente interconnessi poiché vi è scarso margine affinché qualcosa possa semplicemente svanire. I componenti necessitano di manutenzione e riparazione. I materiali vengono mantenuti in uso il più a lungo possibile e, quando qualcosa giunge infine al termine della sua prima vita, il suo impiego successivo deve essere preventivamente considerato.
Il design circolare prende spesso le mosse dalla questione di cosa accada a un prodotto una volta che non ci serve più. Lo spazio suggerisce di porsi tale interrogativo molto prima: quanto può durare? Può essere riparato? I suoi componenti possono essere separati? Il materiale potrebbe servire a un altro scopo? E, quando il riciclaggio si rende infine necessario, è stato reso semplice il recupero?
Nessuno di questi quesiti risulta particolarmente futuristico; per molti versi, riguardano la creazione di oggetti con cui sia più semplice convivere più a lungo.
Lo spazio rende le conseguenze più visibili. Sulla ISS, alcuni rifiuti possono ancora essere imballati in un veicolo spaziale in partenza e rispediti nell’atmosfera. L’acqua, tuttavia, è troppo preziosa per essere scartata. In un futuro habitat lunare o marziano, la stessa logica potrebbe estendersi a molti altri materiali che oggi ci limiteremmo a gettare via. Lo spazio non rappresenta un modello per un’economia circolare sulla Terra e molte delle sue tecnologie non troveranno mai un riscontro pratico qui, ma i vincoli della vita oltre la Terra offrono un metodo utile per osservare i nostri stessi sistemi.
Fonte: Designboom
Crediti immagine: photo: synthetic organisms can use carbon dioxide while producing oxygen and biomass
