NASA의 아르테미스 계획은 미래 인류의 식량 문제를 우주와 지구에서 해결하기 위한 방법을 달에서 찾을 수 있는 멋진 기회입니다. 성공적으로 우주에서 식물을 키우기 위한 다양한 요건을 이해하기 위해 7가지 식물 관련 실험이 승인을 받았습니다. 우주 농업 이외에 3D 프린팅 식품, 포장 및 새로운 미생물 활용 방법과 같은 혁신이 지구 식품 문제에 큰 의미를 갖게 될 것입니다. 우주 식품의 설계 과제(수명, 폐쇄형 주기, 영양, 조리 불가능)는 오늘날 어려운 지구 환경에서 영양에 대한 접근 방식을 개선할 수 있습니다.  

우주 식품의 필요 요건

지구에서는 대부분 식단의 다양성과 영양에 관심을 갖지만 우주 식품 시스템에 대한 몇 가지 중요 기준은 다음과 같습니다.

1. 식품 안전: 식품 부패 방지, 폐기물 처리, 식물 생장을 위한 최신 폐쇄형 루프 에코시스템
을 활용한 재활용 2. 신뢰성: 우주의 열악한 환경을 견뎌낼 수 있는 능력, 긴 보관 수명, 최소 점유 공간.
3. 영양소 밀도와 즐거움(맛, 다양성, 간편한 조리 등)

우주 공간의 특성과 과제

우주에서 식물을 키우는 데는 무중력 상태의 폐쇄형 에코시스템, 직사광선의 부재, 한정된 공간, 제한적인 용수 공급과 같은 과제를 고려해야 합니다. 무중력 상태는 조리가 어려우며 우주선에 미치는 자원의 부담을 최소화해야 함을 의미합니다(질량, 전력, 시간 관리, 식수, 쓰레기 처리). 영양소 파괴와 엄청난 필요 수량으로 인해 선조리된 포장 음식만 섭취할 수도 없습니다. 더 먼 우주를 탐험하게 될 미래에는 추가 공급 없이 한정된 식품과 식수를 싣고 수십 년의 우주 비행을 떠나야 할 것입니다.

간행물과 특허 동향

NASA를 비롯한 여러 기관의 우주 관련 간행물과 특허는 수십 년간 계속되고 있습니다. CAS 과학자들은 CAS Content Collection™을 활용하여 2000년과 2022년 사이 우주 식품 및 생명 시스템과 관련된 전세계 과학 간행물 현황을 분석했습니다. 이 연구 동향 보고서에 따르면 새롭게 발표된 여러 우주 프로그램이 향후 전세계 간행물과 특허 증가에 영향을 미치게 될 것입니다. 한 예로 국제우주정거장(ISS)은 1993년 처음 발표된 이래로 지금까지 엄청난 노력을 기울이고 있습니다. 이후 발표된 간행물과 특허의 증가는 지금까지 수행된 2,500건이 넘는 실험과 깊은 연관성을 보입니다. 마찬가지로, 2011년 NASA의 민간 우주선 개발 프로그램이 발표된 이후 연구 증가 추세가 뚜렷하게 나타나고 있으며 2017년 아르테미스 계획 이후에도 같은 증가세를 보였습니다(그림 1).

새로운 솔루션: 3D 프린팅 우주 식품

우주에서 피자도 만들어 먹을 수 있습니다. 농담이 아닙니다. 국제우주정거장(ISS)에서의 3D 식품 프린팅 기술 발전은 지구에서의 가장 주된 식품 관련 과제에도 큰 영향을 미칠 것입니다.  3D 프린터는 이제 특정 영양소를 식품에 추가하여 다양한 디자인과 맞춤형 식단을 만들어내고 있습니다. 오늘날 3D 프린터용 잉크에 건조육, 건조 채소, 유제품 가루가 포함될 수 있으며 관련 미량 영양소도 추가할 수 있습니다. 가장 일반적인 식용 프린터 잉크는 으깬 감자, 초콜릿, 밀가루 반죽, 치즈, 크림, 케이크 프로스팅, 과일입니다.

이 기술은 우주 식품의 유통 기한을 늘리는 데 중요합니다. 즉 식재료를 살균 상태로 유지하고 원재료 형태로 저장할 수 있습니다. 또한 저장 공간도 최소화할 수 있습니다.

미생물을 활용한 영양소 생성

공기 성분 또는 인체 노폐물을 영양분으로 바꾸기 위해 다양한 유형의 박테리아에 대한 연구가 진행되고 있습니다. 예를 들어 수소 영양 생물(대사 작용을 통해 수소로 에너지를 만드는 단세포 미생물)로 알려진 박테리아는 발효 과정을 통해 우주 조종사가 내쉰 이산화탄소를 단백질로 변환시킬 수 있습니다. 제빵용 이스트와 친척 관계인 야로위아 리폴리티카를 사용하여 지질을 만들고 심지어 이 물질에 인간의 소변을 첨가하여 플라스틱을 만드는 연구도 성공을 거두었습니다. 이는 자연 폐기물을 인체 건강의 필수 영양소로 바꿀 수 있는 가능성을 열어준 것입니다.

선조리된 포장 식품

건조 또는 냉동 식품도 중요하지만 NASA는 새로운 접근법을 위해 새로운 식품 보존 기술을 연구하고 있습니다. 일례로 압력 보조 가열 살균 및 마이크로파 살균(Pressure Assisted Thermal Sterilization and Microwave Sterilization)은 선조리된 포장 식품의 우수한 초기 품질과 영양을 보장합니다. 식품 유통 기한을 최대 5년으로 늘리기 위한 보다 효과적인 포장재 연구도 진행 중입니다.

폐쇄형 시스템과 우주 농업

올바른 영양소원을 지속적으로 확보하기 위한 가장 좋은 방법은 우주선에서 직접 식재료를 키우는 것입니다. 우주 농장은 지속 가능한 환경을 구축하는 데 도움을 줄 것입니다. 식물을 활용하여 사용한 물을 재활용하고 산소를 만들고 공기를 정화하며 우주선에서 직접 배설물을 재활용할 수도 있기 때문입니다. 현재 베지(Veggie)라는 이름의 우주 식물 재배기가 개발되어 있습니다. 이 기계는 6가지 식물을 재배할 수 있으며 지금까지 상추, 배추, 경수채, 레드 러시안 케일, 백일홍을 재배하는 데 성공했습니다. 지난 40년 간 우주에서 재배에 성공한 식물의 목록을 알아보려면 여기를 클릭하십시오.

지구에서 우주 식품의 의미

이러한 우주 식품 연구는 인류의 식량과 지구의 보다 올바르고 지속 가능한 관계로도 이어집니다. 즉 사막, 극지방, 오지 또는 도시에서 물과 토지가 많이 필요하지 않은 폐쇄형 온실과 수직 농법을 활용할 수 있습니다. 공기 성분으로 고기를 만드는 방법은 가축 사육량을 줄일 수 있으며 물과 토지도 많이 필요하지 않습니다. 우주 식품용으로 개발된 최신 공기 정화기를 이제 식품 보존과 수술실에서도 사용할 수 있습니다.

3D 식품 프린팅은 지구의 식량 부족 문제를 완화하는 데 기여할 수 있습니다. 3D 프린터를 사용하면 어떤 요리사보다도 식품을 더 빠르고 깨끗하게 만들 수 있으며 필요에 맞게 영양소와 질감까지 조절할 수 있습니다. 식용 잉크 또한 새로운 식재료원의 활용 범위를 넓힐 수 있습니다.

이러한 모든 기술은 고객과의 거리를 좁힘으로써 수송 양, 포장, 유통 및 기타 비용을 줄여주며 결과적으로 생태 발자국이 감소하는 효과를 제공합니다. 따라서 우주 탐사에 대한 지속적인 연구에 따른 이점이 지구 환경과 인류 모두로 확대되며 육지 생태계 유지와 보존을 위한 아이디어를 제공합니다.