客觀日本

大林組等開發由砂土和糞便製作土壤的技術,擬用於月球的循環型農業

2022年07月12日 海洋宇宙

在月球上隊形變換農業。這種在科幻作品中描述的場景或許在2050年成爲現實。日本大型建築公司大林組與名古屋大學的校辦初創企業TOWING(名古屋市)利用類比月球砂土的「類比砂土」和有機肥料成功栽培了小松菜。這項成果有助於在月球上實施使用糞便作爲肥料的循環型農業。有望幫助未來在月球上生活的人實施自給自足。

title

月球類比砂土(右)和利用類比砂土製成的多孔體(中間和左側)。孔的大小因碳含量而異。

由美國宇航局(NASA)主導、日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)參與的「阿爾忒彌斯計劃」預定2025年以後讓人類再次登陸月球。還考慮在月球建立基地,進行永久性活動。

屆時,從地球上持續向月球運輸食物的方法成本負擔會很大。如果能在月球基地開展農業活動,將有助於提高居留者的生活品質及降低成本。目前正研究在月球上建立封閉空間種植蔬菜等的方法。

目前技術難度還很大。月球上的砂土顆粒很細,幾乎不含能像地球上的土壤一樣供植物成長的營養成分。美國佛羅里達大學2022年利用阿波羅計劃帶回地球的月球砂土成功地使植物發芽,但很難說這種砂土適合植物成長。

title

利用由月球的類比砂土製成的多孔體栽培小松菜(供圖:大林組)

土壤和化肥也可以採用從地球運送到月球,但成本將是巨大的。因此,這兩家公司決定開發以月球砂土爲基礎,以糞便和食物殘渣等有機廢物爲肥料的土壤。

此次開發的技術在類比月砂的砂土中摻雜水和碳,並以約1000℃的溫度加熱。隨着類比砂土中的碳汽化,可以形成有大量直徑約0.1毫米的小孔的多孔體。這些縫隙會形成容易鎖住水分的環境,以及分解有機肥料將其變成營養成分的微生物生存的環境。雙方開發了以這種多孔體爲基礎,添加了有機肥料等的土壤,併成功栽培了小松菜。

大林組提供可與JAXA等共同開發的利用微波和雷射將月球砂土變成建材的技術。TOWING公司提供了以農業食品產業技術綜合研究機構(農研機構)的技術爲基礎開發的使用有機肥料的人工土壤栽培知識。

今後打算改變碳的添加量等,以探索能否最適化土壤的保水量,以及能否栽培熱量比較高,可以作爲主食的芋頭等根莖類蔬菜。

該技術還有望應用於太空以外的領域。大林組未來技術創造部擔當部長川上好弘表示:「或許還可以應用於沙質沙漠綠化和沙漠農業」。

此外,該技術似乎還有助於減輕環境負荷。化肥的原料爲磷和鉀等,開採和生產的環境負荷比較大。利用糞便等的有機肥料則可以減輕環境負荷。

有機農業通常需要比較長的時間來準備土壤,可能需要10年左右才能收穫作物。產量往往也只有使用化肥時的50~70%。

對此,TOWING公司的試驗顯示此次的土壤可以將有機肥料的分解效率提高至以往的30倍以上。該公司的西田宏平社長認爲:「可以實施與化肥基本相同的栽培效率」。

首先在地球上驗證效果

月球農業的動向和未來展望
1960年代 美國宇航局(NASA)推進載人登月計劃
2010年代 NASA起動太空蔬菜栽培專案“Veggie”
2022年 大林組和TOWING公司開發出將類比月砂的砂土改良成適合農業種植的土壤的技術
2035年前後 建設4~5人生活的月球基地,起動農業實地試驗
2050年前後 建成千人規模的月球基地,月球農業成爲主要食物來源

從SDGs(永續發展目標)的角度來看,太空農業今後的關注度也會不斷升高。因爲進入太空是人類實施永續發展的手段之一,從這個意義上來說,太空農業也可以成爲實施SDGs的手段。

日本航空宇宙學會(JSASS)制定了有關太空開發未來前景的「JSASS太空願景2050」。2021年版的願景預計,到2050年將建成由國家和企業營運的多個月球基地,甚至形成由宇宙居留者組成的社會。大部分食物、水和空氣都將來自月球基地的循環型系統。設想透過月球上的資源實施只需從地球獲取少量物資即可自給自足的生活。

這種未來的太空技術多數都可以爲地球上的SDGs能做貢獻的。大林組和TOWING公司此次開發的人工土壤就是這種技術之一。它可以在擴大農業種植地區的同時降低環境負荷。

着眼於未來幾十年的太空領域的研發,正面臨着被削減預算和中止專案的風險。在將技術送入太空之前,首先要在地球上驗證其效果並推進社會應用。這也將是使太空開發本身實施永續發展的一種手段。

日文:松元則雄、《日經產業新聞》,2022/7/1
中文:JST客觀日本編輯部