Forskere på Aalborg Universitet hjælper Nasa med at udvikle den ultimative dyrkningsjord, så der med stor stabilitet kan dyrkes tomater og andre grøntsager på eksempelvis Mars.

»Det er utroligt spændende at arbejde med – det inspirerer og sætter fantasien i gang. Det er både jordnært, men giver også et lille gys – for wauv, det er fremtidens teknologi,« fortæller Per Møldrup, der er professor ved Sektion for Miljøteknologi under Institut for Kemi, Miljø og Bioteknologi på Aalborg Universitet.

Hans forskergruppe har blandt andet besøgt Nasa i Houston og kan fortælle, at det her virkelig er noget, den amerikanske rumfartsorganisation satser på. Der er nemlig ikke råd til fejl og problemer, hvis mennesker først har bosat sig på Mars og er afhængige af, at der rent faktisk vokser tomater frem på de planter, som samtidig sikrer, at der er ilt, og at næringssaltene fra urinen bliver genbrugt.

Almindelig jord er for ukontrollerbar og sårbar til at løse de opgaver med stor nok sikkerhed. Det er derfor nødvendigt med det ultimative vækstmedie.

»Man kan næsten ikke kalde det, vi udvikler, jord, for vi går væk fra den almindelige komplekse jord med regnormegange og alt muligt andet og gør det hele så simpelt som muligt. Vi udvikler altså et ingeniørdesignet porøst medie, der opfylder lige præcis det, som planterne har behov for,« forklarer Per Møldrup.

Grundlæggende skal en god rumjord sikre en tilstrækkelig tilførsel af både ilt og næringssalte til planterne. Samtidig skal systemet være meget robust og sikkert, så planterne ikke dør eller udvikler sygdomme, selv om det bliver lidt for vådt eller lidt for tørt.

Tyngdekraften uden betydning
Denne ingeniørdesignede jord kommer til at adskille sig fra den almindelige markjord på flere punkter.

»Den vigtigste forskel er, at partiklerne i den naturlige jord ikke er porøse, mens partiklerne, vi bruger i den designede jord, har indre hulrum (mikroporer), der holder på vandet og næringssalte som kvælstof og fosfor, som tilsættes med vandet. For når vandet ligger inde i disse porer bliver hulrummene mellem partiklerne (makroporer) drænet, så ilten kan bevæge sig frit mellem partiklerne,« siger Per Møldrup.

De indre hulrum i partiklerne gør, at rumjordenes overfladeareal bliver meget stort og dermed en meget større hyldeplads til næringsstoffer og vand. Et gram tørstof har således en overflade på mellem 20 og 140 m2.

Størrelsen på mikroporerne er også afgørende, for bliver de for små - mindre end 0,3 mikrometer som i ler - kan rødderne ikke trække vandet ud af dem, da vandet så vil være kemisk bundet til overfladen. Planterødderne kan ellers lave et osmotisk tryk på, hvad der svarer til 160 meter vandsøjle.

Mikroporerne gør også, at det ikke rigtig vil betyde noget, at der kun er 37 procent tyngdekraft på Mars i forhold til på Jorden, vurderer Per Møldrup. Porerne vil nemlig suge vandet ind i sig på grund af undertryk og det vil være kraftigere end manglen på tyngdekraft, så vandet vil på mikroskala ikke opføre sig meget anderledes på Mars end på Jorden.

»Jeg mener ikke, at vi skal tænke på tyngdekraften, for det vand, der sidder inde i mikroporerne, er bundet så hårdt, at det er inderligt ligemeget, om der er reduceret tyngdekraft eller ej. De kræfter, som porerne binder vandet med, er langt større end 1G. Det er det samme med ilten, for det handler om diffusion. Men det diskuterer jeg meget med de amerikanske forskere,« siger Per Møldrup.

Tyngdekraften kan dog få betydning for planterne - for eksempel er det spændende, hvordan rødderne vil opføre sig i reduceret tyngdekraft. Det er ikke Per Møldrup opgave at udvikle planterne også, men han forventer, at det vil blive noget af en udfordring for bioteknologien. Det er planen at tage forskellige specialudviklede afgrøder med på nogle af de næste rummissioner.

Ilt og næringssalte bliver afgørende
Ifølge Per Møldrup vil andre faktorer blive afgørende for designet:

»Designparameteret bliver, hvor bredt et vindue man har for diffusion af ilt og næringssalte. Ved nogle medier skal du styre vandindholdet uhyggeligt præcist, ellers vil der eksempelvis dannes vandbroer mellem partiklerne, så ilten ikke kan komme rundt, mens der ved andre stadig vil være god diffusion af både ilt og næringssalte, selv om du overvander eller lade det tørre lidt for meget ud. Det er det vindue, der er det dimensionsgivende, og det skal være rimelig bredt - ellers skal jeg ikke op og bo deroppe, for så dør planterne hurtigt,« siger Per Møldrup.

Forskellen vil derfor også være, at almindelig jord typisk er 60 procent partikler, 20 procent vand og 20 procent luft, mens den designede jord max. er 20 procent partikler, 40 procent vand og 40 procent luft.

I de optimale rumjorde er diffusionen af ilt derfor typisk kun reduceret med en faktor 4-5 i forhold til ilt-diffusion i fri luft, mens den i en typisk landbrugsjord selv ved meget optimale forhold er 15-50 gange lavere end i fri luft.

Også diffusionen af næringssalte er bedre i en rumjord, men præcist hvor meget er de ved at undersøge. Alt andet lige vil planteproduktiviteten være bedre i rumjordene ligesom der vil være færre plantesygdomme.

Hemmelige småsten fra Nasa
Forskerne afprøver mange forskellige medier for at finde det optimale vækstmedie. Blandt andet Zeoponix, som Nasa selv har udviklet, og som har det største indre overfladeareal, som forskerne endnu har set.

Nasa vil ikke afsløre, hvad Zeoponix består af, men Per Møldrup gætter på, at det er to forskellige naturlige lermineraler, som er blevet brændt. Nasa har desuden lavet en kommerciel udgave med et lidt andet navn, som sælges til gartnerier. Men om det er det perfekte rumjord er mere usikkert.

»Zeoponix har et stort hyldeareal pr. gram, men jeg er lidt bekymret for, at det det ikke har så bredt et vindue for diffusion af ilt, fordi der formentlig er meget større risiko for, at der dannes vandbroer mellem partiklerne, da de er lidt små og derfor ligger meget tæt,« siger Per Møldrup.

Han mener, at den ultimative jord nok kommer til at bestå af et mix af nogle af de forskellige medier, som de undersøger, for har man kun én slags, vokser risikoen for vandbroer mellem partiklerne, der lukker for iltdiffusionen.

»Vi er lige begyndt at blande de forskellige medier, og vi kørte en måleserie her i efteråret, der så lovende ud. Men udfordringen er at skabe en robust struktur og pakning af en blanding af store og små partikler, der ikke falder sammen, selv om man ryster lidt rundt med det,« siger han og fortsætter:

»Vi er ikke i tvivl om, at to-tre medier blandet sammen på den rigtige måde kunne give de perfekte vinduer for diffusion af ilt og næringssalte – teorien siger, at en tredjedel af hver af vores bedste medier med forskellig partikelstørrelse vil være det optimale. Vi skal bare lige have det til at lykkes i praksis, så vi leger med det og håber, at vi finder på noget smart.«

Partiklerne som forskerne arbejder med er typisk 0,25-1 eller 2-5 cm. For eksempel arbejder de også med såkaldt foamed glass, der er keramisk "skummet" glas udformet som 1-2 cm porøse partikler.

Rockwool er også en mulighed
En lidt alternativ ting, som forskerne måler på i øjeblikket, er almindelig Rockwool.

»Rockwool er i sig selv et godt medie, for det er et heterogent fiberrigt materiale, hvor noget klumper sig mere sammen end andet. Klumperne holder på vandet, mens det rundt om er mere løst og danner gode åbne korridorer, der lader luften komme gennem,« fortæller Per Møldrup.

Men han har dog forbehold mod at skulle være afhængig af Rockwool i rummet, da det er svært at styre og er for sårbart. Blandt andet er det næsten umuligt at dræne igen, hvis man er kommet til at overvande, viser helt nye resultater.

»Og hvis man får det presset lidt for meget sammen, så ødelægger man desuden de kanaler, hvor luften skulle komme ned igennem, så jeg tror det kan blive svært at holde robust over længere tid under svære forhold. Og der må ikke gå noget galt, når vi tager det med op, for det er ikke til at reparere noget dér. Så jeg vil være mere tryg ved at tage nogle af de andre medier, som vi tester, med op, da de er bedre til at holde strukturen. Men som blandingsmateriale sammen med andre medier har Rockwool måske et potentiale,« siger han.

Japansk vulkanaske er lovende
Per Møldrup arbejder også på, at få den meget frodige vulkanske askejord fra Japan med ind i forsøgene, da han mener, at det kan vise sig at være den perfekte rumjord eller være med til at give mikset til den perfekte rumjord:

»Den vulkanske askejord har de samme karakteristika som Nasas brændte mineraler, da vulkansk aktivitet er naturens måde at gøre det samme på. Asken består af små minipartikler med masser af hulrum og forholdet mellem faststof, vand og ilt er lige præcis de ønskede 20, 40, 40, ligesom overfladearealet er højt.«

Førende ekspert
Arbejdet med at teste de forskellige rumjorde foregår i diffusionskamre, som Per Møldrup har været med til at udvikle. Det fungerer på den måde, at jordprøven ligges i et kammer, og så tømmes kammeret under jordprøven for ilt ved at blæse kvælstof igennem. Derefter åbnes der mellem kamrene, og så måles det, hvor hurtigt ilten i atmosfæren trænger gennem prøven ned i kammeret under. Efter nogle minutter til nogle timer opnås samme koncentration af ilt som i atmosfæren – 20,9 procent.

Det er netop disse kamre, der blandt andet fik Per Møldrup med i projektet. For da det gik op for de amerikanske forskere, at designet handlede en hel del om diffusion, henvendte de sig til Per Møldrup, fordi han er førende inden for modeller og målemetoder for diffusion i vand og gas og sad i ledelsen af det amerikanske jordfysikforbund.

Først sendte han to af kamrene til USA, og da målingerne så lovende ud fik han lov til at få sendt medierne til Aalborg, så han kunne arbejde med dem på hjemmebane. Men intet må gives væk eller gå tabt – han skal kunne fremvise præcis den mængde, han har fået overdraget.

Blandt andet er arbejdet med rumjorden lige nu en del af en civilingeniørstuderende Mette Pedersens afgangsprojekt på Aalborg Universitet. Danskerne sender deres resultater til kollegerne i USA og har planer om at skrive om arbejdet i et internationalt tidsskrift, men håbet er at gøre det til et større forskningsprojekt.

»Vores plan er at søge penge til videre forskning i diffusion i rumjord, hvis vi har ret i, at det er det afgørende designkriterium. Danmark gør ikke så meget ud af rumforskning, men her en mulighed for at markere os på et felt, hvor det rykker i blandt andet USA,« siger Per Møldrup, der gætter på, at rumjorde vil blive intensivt testet på forsøgsstationer og rummissioner inden for tre til fem år.