NASA의 아르테미스 계획은 달 탐사를 재개하는 놀라운 프로젝트로, 미래 인류가 우주와 지구에서 식사하는 방식을 재정의할 수 있습니다. 우주에서 식물을 성공적으로 재배하기 위한 다양한 요건을 파악하기 위해 7가지 식물 관련 실험이 승인되었습니다. 우주 농업 외에도 3D 프린팅 식품, 포장 기술, 미생물군집의 새로운 응용과 같은 혁신은 지구의 식량 문제에도 큰 영향을 미칠 수 있습니다. 우주 식량의 설계 과제(장기 보존, 폐쇄형 순환, 영양 공급, 조리 불가능 등)를 해결하는 기술은 지구의 열악한 환경에서도 영양 공급을 개선하는 데 기여할 것입니다.
우주 식량에는 무엇이 필요할까요?
지구에 사는 우리 대부분은 식단의 다양성과 영양에 집중하지만, 우주 식량 시스템을 위한 핵심 기준은 다음과 같습니다.
1. 식품 안전: 첨단 폐쇄형 식물 성장 생태계
를 통한 식품 부패 방지, 폐기물 처리 및 재활용. 2. 신뢰성: 우주의 가혹한 환경을 견딜 수 있는 능력, 긴 유통기한, 최소한의 공간 차지. 3. 영양 밀도 및 즐거움(맛, 다양성, 간편한 조리 등).
우주가 가진 독특한 도전 과제
우주에서 식물을 재배하는 것은 중력이 없고, 직사광선이 없으며, 공간과 물 공급이 제한된 폐쇄형 생태계라는 점에서 여러 가지 어려움이 따릅니다. 중력이 없으면 조리가 어렵고, 우주선 내 자원(질량, 전력, 승무원 시간, 물, 폐기물 처리) 소모를 최소화해야 합니다. 영양소 파괴와 엄청난 양의 필요성 때문에 미리 포장된 식품만으로는 한계가 있습니다. 미래의 심우주 탐사에서는 식량과 물 공급이 제한적이고 재보급이 불가능한 상태로 수년간 여행해야 할 것입니다.
출판물 및 특허 동향
NASA와 기타 기관들의 우주 식량 관련 출판물과 특허는 수십 년간 지속되어 왔습니다. CAS Content Collection™을 사용하여 2000년부터 2022년까지 우주 식량 및 생명 시스템과 관련된 전 세계 과학 출판물을 조사했습니다. 연구 현황을 보면 대규모 우주 프로그램 발표가 전 세계적으로 향후 출판물과 특허 증가를 견인한다는 것을 알 수 있습니다. 예를 들어, 국제우주정거장은 1993년 발표 이후 엄청난 노력을 기울여 왔습니다. 그 이후 출판물과 특허의 증가는 그동안 수행된 2,500건 이상의 실험과 밀접한 관련이 있습니다. 마찬가지로 2011년 NASA의 상업용 승무원 프로그램 발표 이후 연구가 증가하는 뚜렷한 추세가 나타났으며, 2017년 아르테미스 계획 이후에도 관련 연구가 급증했습니다(그림 1).
새로운 솔루션: 3D 프린팅 우주 식량
우주급 피자라고 할까요? 농담은 접어두고, 국제우주정거장에서 3D 프린팅 식품을 만드는 새로운 기술은 지구의 가장 큰 식량 문제 중 일부에 엄청난 영향을 미칠 수 있습니다. 3D 프린터는 이제 특정 성분을 식품에 추가하여 다양한 디자인과 맞춤형 식단을 만들어냅니다. 오늘날 3D 프린터용 잉크는 건조 육류, 채소, 유제품 분말 등으로 구성될 수 있으며, 필요한 미량 영양소로 강화됩니다. 가장 흔한 식용 잉크로는 으깬 감자, 초콜릿, 반죽, 치즈, 크림, 케이크 프로스팅, 과일 등이 있습니다.
이 기술은 우주 식량의 유통기한을 연장하는 데 매우 중요합니다. 식품 재료를 멸균 상태로 원료 형태로 보관할 수 있게 해주기 때문입니다. 또한, 기내 보관 공간을 최소화할 수 있습니다.
미생물을 이용한 영양분 생산
연구자들은 공기 성분이나 인체 폐기물을 영양분으로 전환하기 위해 다양한 박테리아를 연구하고 있습니다. 예를 들어, 수소영양생물(에너지를 얻기 위해 수소를 대사하는 단세포 미생물)로 알려진 박테리아는 발효 과정을 통해 우주비행사가 내뱉은 이산화탄소를 단백질로 전환할 수 있습니다. 다른 연구자들은 제빵 효모의 친척인 야로위아 리폴리티카(Yarrowia lipolytica)를 사용하여 인간의 소변을 먹이로 삼아 지질과 플라스틱까지 만들 수 있다는 사실을 발견했으며, 이는 자연 폐기물을 인간 건강에 필수적인 영양소로 바꿀 수 있는 가능성을 열어줍니다.
포장 식품
건조 식품이나 냉동 식품이 필수적이기는 하지만, NASA는 새로운 접근 방식을 위해 떠오르는 식품 보존 기술을 연구하고 있습니다. 예를 들어, 압력 보조 열 살균 및 마이크로파 살균 기술은 포장 식품의 초기 품질과 영양을 더 높게 유지해 줍니다. 연구진은 또한 식품의 유통기한을 최대 5년까지 늘리기 위해 더 나은 포장재를 연구하고 있습니다.
폐쇄 루프 시스템과 우주 농업
적절한 영양을 지속적이고 안정적으로 공급받는 최선의 방법은 우주선 내에서 농작물을 재배하는 것입니다. 우주 농장은 폐수 재활용, 산소 생성, 공기 정화, 심지어 우주선 내 배설물 재활용까지 가능하게 하여 지속 가능한 환경을 조성하는 데 기여할 것입니다. 현재 베지(Veggie)라고 불리는 우주 정원이 운영되고 있습니다. 이 정원은 6개의 식물을 수용할 수 있으며, 상추, 배추, 미즈나 겨자, 레드 러시안 케일, 백일홍을 성공적으로 재배했습니다. 지난 40년간 우주에서 재배된 식물 목록은 여기에서 확인할 수 있습니다.
우주 식품이 현실 세계에 미치는 영향
우주 식품 분야의 연구는 식량과 지구 사이의 관계를 더 나은 방향으로, 그리고 더 지속 가능하게 개선합니다. 폐쇄 루프 온실과 수직 농업은 물과 토지 사용량이 적어 건조 지역, 극지방, 오지 또는 인구 밀집 지역에서 활용될 수 있습니다. 공기 성분을 이용한 육류 생산은 가축 사육을 줄여 토지와 물 사용량을 획기적으로 절감할 수 있습니다. 우주 식품을 위해 개발된 고성능 공기 정화 장치는 현재 식품 보존 및 수술실에서 사용되고 있습니다.
식품 3D 프린팅은 지구의 식량 부족 문제를 해결하는 데 기여할 수 있습니다. 3D 프린터는 어떤 요리사보다 빠르고 위생적으로 음식을 만들 수 있으며, 영양 성분과 식감을 맞춤 설정할 수도 있습니다. 식용 잉크를 사용하면 기존에 식재료로 쓰이지 않던 원료의 활용 범위도 넓힐 수 있습니다.
이러한 모든 기술은 소비자와 가까운 곳에서 생산함으로써 운송량, 포장, 유통 및 기타 비용을 절감하여 생태 발자국을 줄일 수 있습니다. 따라서 우주 탐사에 대한 지속적인 연구의 혜택은 지구 환경과 인류에게까지 확장되어, 지구 생태계를 유지하고 보존하는 데 필요한 아이디어를 제공합니다.
