Cultivar alimentos no espaço pode ser um desafio significativo sob vários aspectos. Os astronautas não podem levar quantidades muito grandes de alimentos frescos por causa do espaço limitado nas naves e da perecibilidade desses produtos. Assim, em missões longas, os alimentos precisam ser produzidos com o mínimo possível de insumos, água, espaço e intervenção da tripulação.
Atualmente, diversas tecnologias estão sendo desenvolvidas para cultivar alimentos no espaço. O sistema Veggie, da NASA, já produziu alface-romana vermelha, mostarda mizuna e tomates-cereja anões, entre várias outras culturas, a bordo da Estação Espacial Internacional. Seu Advanced Plant Habitat também oferece uma câmara de cultivo automatizada mais sofisticada, com mais de 180 sensores. No entanto, o desenvolvimento dessas tecnologias trouxe uma questão importante: elas também podem ser aplicadas à agricultura em condições cada vez mais restritivas na Terra?
Por que cultivar alimentos no espaço é tão difícil
Cultivar alimentos de forma confiável no espaço é extremamente difícil, principalmente porque a microgravidade altera a maneira como água, ar e raízes interagem. Como não há gravidade, a água não flui nem escoa naturalmente. Em vez disso, pode formar bolhas flutuantes difíceis de controlar ou aderir firmemente às superfícies.
Em alguns casos, a água aderida às raízes das plantas pode efetivamente sufocá-las, impedindo que recebam oxigênio. A ausência de gravidade também pode desorientar o crescimento das plantas, pois elas usam a gravidade para identificar em que direção fica a parte de baixo. Assim, a microgravidade pode fazer com que raízes e brotos desorientados cresçam em direções aleatórias.
Sem a convecção natural, que faz o ar quente subir e o ar frio descer, bolsões de ar estagnado também podem se formar ao redor das folhas. Isso pode reduzir a evaporação e, ao mesmo tempo, superaquecer a planta. Os níveis mais elevados de radiação representam outro obstáculo. Naves espaciais e superfícies planetárias podem expor as plantas à radiação cósmica e a campos magnéticos mais fracos, o que pode danificar o crescimento celular e alterar a forma como as sementes se desenvolvem.
Transportar grandes quantidades de solo da Terra também é pesado e caro, enquanto o solo extraterrestre, ou regolito, não possui nutrientes orgânicos essenciais, como nitrogênio, e pode conter compostos cortantes e tóxicos que dificultam ainda mais o crescimento.
Como as tecnologias de agricultura espacial estão enfrentando essas limitações
Diversas agências espaciais, como a NASA e a Agência Espacial Europeia, além de empresas privadas, estão desenvolvendo sistemas sofisticados sem solo, automatizados e biorregenerativos para cultivar alimentos durante missões de longa duração.
Uma das tecnologias mais importantes em desenvolvimento é a hidroponia. Trata-se de um método pelo qual as plantas podem ser cultivadas sem solo, usando uma solução aquosa de nutrientes minerais para levar água e oxigênio diretamente às raízes em condições de microgravidade.
Sistemas como o Veggie e o Advanced Plant Habitat, da NASA, utilizam ação capilar, almofadas especiais, tubos porosos e fluxo de ar controlado para isso. Isso permite que as raízes recebam alimento, água e oxigênio em proporções precisamente equilibradas, em um ambiente limpo e regulado. Sistemas de circuito fechado também reciclam a água e eliminam a necessidade de solo pesado.
Luzes artificiais de LED e ventilação em ambientes fechados substituem a luz solar e o vento ao ar livre para promover a fotossíntese. Da mesma forma, a aeroponia é outro método no qual as raízes ficam suspensas no ar e recebem periodicamente uma névoa de solução aquosa rica em nutrientes, além de terem acesso a altos níveis de oxigênio, o que pode favorecer o crescimento.
Em outros casos, pesquisadores estudam fungos como Trichoderma e micorrizas para processar e transformar o regolito lunar e marciano, pobre em nutrientes, em um substrato capaz de sustentar culturas agrícolas.
Conceitos mais recentes, como a Adaptive Nourishment Infrastructure, da NASA, voltada aos desafios de nutrição em missões no espaço profundo, combinam agricultura em ambiente controlado com fermentação, cultivo de fungos e reciclagem de nutrientes em circuito fechado.
A Agência Espacial Europeia também apoia projetos que testam a viabilidade de carne cultivada em laboratório e alimentos produzidos a partir de células em ambientes de microgravidade e maior exposição à radiação.
Como essas tecnologias podem ser aplicadas à agricultura na Terra
Tecnologias de agricultura espacial, como a agricultura em ambiente controlado, também têm potencial significativo para melhorar a segurança alimentar, a conservação de recursos e a sustentabilidade na Terra. Isso ganha importância especialmente à medida que as mudanças climáticas provocam eventos meteorológicos e períodos de cultivo cada vez mais instáveis.
“As tecnologias com impacto mais claro na Terra são hidroponia, aeroponia, iluminação por LED, gestão de água e nutrientes em circuito fechado, controle climático com grande quantidade de sensores e estufas cada vez mais autônomas”, disse à Forbes EUA o professor Sylvester Kaczmarek, professor da OPIT, Open Institute of Technology.
Ele acrescentou: “Essas tecnologias já estão chegando às fazendas urbanas, estufas de alta tecnologia e sistemas de produção em climas severos. A carne cultivada e outros sistemas alimentares baseados em biorreatores são promissores, mas ainda estão em um estágio muito mais inicial de maturidade comercial.”
A agricultura em ambiente controlado e a agricultura vertical já são utilizadas por fazendas verticais comerciais e instalações internas que empregam sistemas como o GravityFlow, da IntraVision. Esse sistema permite cultivar plantas em GrowBoxes móveis, ou recipientes especializados que se deslocam automaticamente por uma sequência de ambientes controlados e estágios de crescimento.
Ele exige consideravelmente menos área de piso graças a estruturas verticais densas de fluxo, enquanto o gerenciamento em circuito fechado regula temperatura, fluxo de ar, umidade e fornecimento de nutrientes sem depender do ar externo ou da luz solar. Em áreas metropolitanas densamente povoadas, os sistemas de agricultura vertical podem gerar rendimentos elevados em relação à área física ocupada, adaptando-se a espaços como armazéns e edifícios reformados.
Eles também podem reduzir fortemente os custos de transporte, pois cultivar alimentos frescos diretamente nas cidades pode diminuir de maneira significativa os custos de transporte de longa distância e o desperdício de alimentos.
Em regiões áridas e sujeitas à seca, sistemas hidropônicos e aeropônicos de circuito fechado podem reciclar uma quantidade significativa de água, diferentemente da agricultura tradicional em campo aberto, que perde água continuamente por evaporação. Desertos ou terras degradadas com solos de baixa qualidade ainda podem produzir algumas colheitas de forma confiável.
Da mesma forma, em climas extremos do Ártico, subárticos ou de grandes altitudes, comunidades podem obter verduras e hortaliças frescas durante todo o ano por meio da agricultura em ambiente controlado, independentemente das temperaturas congelantes ou dos curtos períodos de cultivo. Caso contrário, essas hortaliças podem ser excepcionalmente difíceis de produzir nessas condições.
Estruturas fechadas também podem proteger as culturas de geadas fora de época, tempestades intensas e alterações climáticas, fatores que podem afetar consideravelmente os rendimentos ao provocar doenças. Em outros casos, como ambientes isolados, incluindo países insulares remotos, bases militares e estações de pesquisa em condições inóspitas, as cadeias de abastecimento podem ser frágeis, pouco confiáveis e caras.
Assim, a agricultura em ambiente controlado pode ajudar a garantir um fornecimento constante de hortaliças frescas e outros produtos vegetais nessas condições.
“O ponto em que essas tecnologias superam a agricultura convencional está nas culturas de alto valor e perecíveis, como folhas, ervas, microverdes e algumas hortaliças de estufa, nas quais a produção durante todo o ano, local e previsível é importante”, disse Kaczmarek.
Ele acrescentou: “Esses sistemas também são importantes onde há escassez de produtores qualificados, porque a automação pode compensar limitações de mão de obra e conhecimento técnico.”
Por que a implantação na Terra continua sendo complicada
Um dos maiores desafios da implantação, na Terra, de tecnologias de agricultura espacial, como a agricultura em ambiente controlado, é o alto grau de sofisticação tecnológica e a extensa infraestrutura necessária. Por exemplo, o Advanced Plant Habitat, APH, da NASA, na ISS, utiliza cerca de 180 sensores para monitorar e regular de forma independente a água, a temperatura e a composição do ar, sem exigir intervenção direta da tripulação.
Embora o resultado final possa ser um sistema altamente autônomo, os investimentos iniciais de capital continuam extremamente altos, o que pode representar uma barreira para diversos países em desenvolvimento que enfrentam os efeitos mais severos das mudanças climáticas.
A agricultura em ambiente controlado também pode consumir enormes quantidades de energia, por causa da forte dependência de iluminação artificial por LED e controle climático, que podem permanecer em funcionamento durante a maior parte do dia. Isso pode elevar tanto a pegada de carbono quanto as contas de energia.
Por isso, esses sistemas também podem ser vulneráveis a pontos únicos de falha em alguns casos, pois quedas de energia, falhas de software ou problemas em equipamentos de irrigação podem comprometer uma colheita inteira em poucas horas. Geradores de emergência também podem não ser suficientes para sustentar toda a escala das operações nessas situações.
Os custos operacionais, como manutenção de sistemas automatizados e mão de obra especializada, também podem ser elevados. Além de muito caros, esses recursos podem ser difíceis de encontrar de forma constante em muitas regiões. A diversidade limitada de culturas é outro desafio, pois a maioria das instalações de agricultura em ambiente controlado talvez consiga produzir de forma confiável e economicamente viável apenas culturas como folhas e ervas, em vez de culturas básicas de campo com grande contribuição calórica, como arroz, trigo e milho.
Portanto, embora as tecnologias de agricultura espacial certamente possam ajudar em determinadas soluções especializadas, ainda estão muito distantes de substituir a agricultura tradicional.
“Não apresentaria a agricultura espacial como uma resposta universal à insegurança alimentar. É melhor entendê-la como uma camada de resiliência. Ela pode proteger partes do sistema alimentar contra seca, calor, interrupções no abastecimento e escassez de terras, mas funciona melhor ao lado da agricultura convencional, e não em substituição a ela”, observou Kaczmarek.
Onde a agricultura espacial poderia fazer diferença
Embora a agricultura tradicional não vá se tornar obsoleta tão cedo, tecnologias de agricultura espacial, como a agricultura em ambiente controlado, podem ajudar significativamente em áreas que enfrentam escassez de água, de terras e climas extremos. À medida que a Terra enfrenta restrições crescentes de recursos, essas tecnologias podem se tornar mais valiosas em regiões áridas, de grandes altitudes e remotas. No entanto, os altos investimentos de capital e o consumo de energia continuam sendo barreiras importantes para uma adoção mais ampla.
“A verdadeira oportunidade de mercado para a próxima década está predominantemente na Terra, não no espaço. O espaço é o campo de testes. A Terra é a oportunidade de escala comercial. O risco está em promover esses sistemas de forma exagerada como se fossem uma solução milagrosa. São ferramentas poderosas, mas apenas quando combinadas com as culturas certas, os lugares certos e o modelo energético adequado”, observou Kaczmarek.
Publicado originalmente em Forbes EUA
