Closed-Loop-Ökosystem

Ein Closed-Loop-Ökosystem (Bioregeneratives Lebenserhaltungssystem, BLSS) ist ein geschlossener Kreislauf, in dem alle Abfallprodukte (CO₂, Urin, organische Abfälle) wieder in nutzbare Ressourcen (Sauerstoff, Trinkwasser, Nahrung) umgewandelt werden. Für Langzeitmissionen jenseits der Erdnähe ist dies unverzichtbar.

Das ambitionierteste Erdexperiment war Biosphere 2 in Arizona (1991–1993): Acht Personen lebten zwei Jahre in einem 1,27 Hektar großen, hermetisch abgeschlossenen Glasgebäude mit Regenwald, Savanne, Ozean und Ackerland. Das Experiment scheiterte teilweise, der Sauerstoffgehalt sank auf 14,5 % (Meereshöhen-Äquivalent: 4.500 m), und die Nahrungsproduktion reichte nicht. Die Lehren waren dennoch wertvoll.

Das ESA-Projekt MELiSSA (Micro-Ecological Life Support System Alternative) arbeitet seit 1989 an einem stufenweisen Ansatz: Bakterien (Rhodospirillum) zersetzen organische Abfälle, Nitrifizierer wandeln Ammoniak in Nitrat um, Algen (Spirulina/Arthrospira) produzieren Sauerstoff und Protein, höhere Pflanzen liefern Nahrung. Ein vollständiger Kreislauf wurde im Pilotmaßstab in Barcelona demonstriert.

Das chinesische Yuegong-1 (Lunar Palace 1) testete 2017–2018 ein BLSS für 370 Tage mit drei Personen: 100 % Sauerstoff- und Wasserrecycling, 80 % der Nahrung aus eigenem Anbau.

Gerade das teilweise Scheitern von Biosphere 2 ist lehrreicher als ein glatter Erfolg es gewesen wäre, denn es offenbarte, wie tückisch geschlossene Kreisläufe sind. Der unerwartete Sauerstoffschwund entstand, weil das Kohlendioxid von frisch eingebrachtem Beton aufgenommen wurde und Mikroben im nährstoffreichen Boden mehr Sauerstoff veratmeten als erwartet, ein Zusammenspiel, das niemand vorhergesehen hatte. Dieses Beispiel zeigt, dass ein künstliches Ökosystem nicht einfach die Summe seiner Teile ist, sondern ein komplexes Netz von Wechselwirkungen, in dem kleine Ungleichgewichte über Monate katastrophal anwachsen können. Genau darin liegt die eigentliche Schwierigkeit jeder Marskolonie, denn dort gäbe es keine Erde, die im Notfall frische Luft nachliefern könnte. Die stufenweisen Ansätze von MELiSSA und das erfolgreiche chinesische Langzeitexperiment zeigen, dass die Wissenschaft Schritt für Schritt lernt, solche Kreisläufe zu beherrschen. Ein vollständig geschlossenes, über Jahre stabiles System bleibt jedoch eine der größten ungelösten Aufgaben auf dem Weg zu dauerhaftem Leben jenseits der Erde, und in der Science-Fiction ist der Ausfall eines solchen Kreislaufs ein bewährtes Mittel, um existenzielle Spannung zu erzeugen.