Vítejte v novém roce 2026. Zatímco si na Zemi dáváme předsevzetí, jak zlepšit své životy, vědci zapojení do mise Česká cesta do vesmíru pracují na tom, jak život udržet tam, kde to příroda sama neumí – v hlubokém kosmu. Jubilejní desátý díl našeho seriálu o experimentech pro misi Aleše Svobody nás zavede do světa mikroskopických řas. Experiment METRO má za úkol vyřešit jeden z největších paradoxů pěstování rostlin ve stavu beztíže: jak zajistit, aby se organismy neotrávily kyslíkem, který samy vyrobily.

Pokud chceme jako lidstvo cestovat dál než jen na oběžnou dráhu Země, nemůžeme si s sebou brát všechno ze Země. Zásoby kyslíku a jídla pro cestu na Mars by byly neúnosně těžké a i při chemické recyklaci atmosféry jsou stále nutné materiálové vstupy, které dříve či později dojdou. Řešením mohou být tzv. bioregenerativní systémy podpory života (BLSS). Tyto systémy se snaží napodobit pozemský koloběh látek. Klíčem je fotosyntéza – jediný známý proces, který dokáže vzít odpadní produkty lidského metabolismu (oxid uhličitý, vodu, močovinu) a za pomoci světla je přeměnit zpět na dýchatelný kyslík a jedlou biomasu.

Ideálním kandidátem pro tuto roli jsou mikrořasy. Lze je pěstovat v kapalině (suspenzi), jejich růst se dá dobře regulovat a teoreticky mohou fungovat donekonečna. Má to ale jeden háček, na který se zaměřuje právě český experiment METRO (MEtabolic gases TRansfer for Optimised algae growth).

Kyslíkový paradox: Když se dar mění v jed

Na Zemi považujeme pěstování řas ve fotobioreaktorech (PBR) za celkem zvládnutou technologii. Řasy potřebují světlo, živiny a oxid uhličitý. Produktem je biomasa a kyslík. Pro astronauty je kyslík to nejcennější, ale pro řasy je to toxický metabolický odpad.

Zde vstupuje do hry fyzika. Na Zemi nám pomáhá gravitace – plyny (kyslík) ve formě bublin stoupají k hladině díky vztlaku a opouštějí kapalinu. Kapalina se zároveň přirozeně míchá díky rozdílným hustotám (konvekce). Ve vesmíru v mikrogravitaci ale tyto síly nefungují a v kapalině dominují síly kapilární. Rozpuštěné plyny a bubliny nikam nestoupají a zůstávají u buněk řas. Dochází tak k postupnému nasycení roztoku rozpuštěným kyslíkem. Pokud není tento plyn efektivně odváděn, dosáhne jeho koncentrace během několika hodin inhibičních úrovní. Řasy se v podstatě „dusí“ vlastním produktem, zpomalí nebo zastaví růst a přestávají vyrábět další kyslík.

Technologie METRO: Řízení dechu reaktoru

Cílem experimentu METRO není jen „pěstovat řasy“, ale především prokázat, že klíčem k úspěchu je aktivní řízení přenosu hmoty – tedy dostat CO₂ k řasám a O₂ pryč od nich, a to bez pomoci gravitace.

Čeští vědci z Ústavu chemických procesů AV ČR a ČVUT vyvinuli na základě matematického modelování speciální fotobioreaktor. Ten je navržen tak, aby zajistil výměnu plynů mezi atmosférou stanice ISS a kultivačním médiem pomocí nucených toků, které nezávisí na gravitaci.

Experiment má stanoveny jasné vědecké cíle:

1. Demonstrace přenosu hmoty: Hardware bude na ISS měnit průtoky plynu a kapaliny i intenzitu osvětlení. Cílem je najít režim, kdy je hladina rozpuštěného kyslíku stabilně pod toxickou hranicí a řasy prosperují.
2. Validace modelů: Získaná data o produkci biomasy a spotřebě CO₂ budou porovnána s pozemskou kontrolní skupinou a s matematickými modely. To umožní inženýrům v budoucnu navrhovat mnohem větší reaktory pro dlouhé kosmické lety s jistotou, že budou fungovat.

Přínos pro Zemi i vesmír

Možná si říkáte, k čemu je to dobré pro nás dole? Poznatky z experimentu METRO mají velký potenciál i pro pozemský průmysl. I pozemské fotobioreaktory (například ty trubkové pro výrobu biopaliv, léků nebo potravinových doplňků z řas) často trpí neefektivním odvodem kyslíku, což snižuje jejich výkon.

Technologie vyvinuté pro vesmír tak mohou zlevnit výrobu řas na Zemi nebo pomoci při konstrukci efektivních „lapačů“ uhlíku (sekvestrace CO₂) v boji proti klimatickým změnám.

Tým za experimentem

METRO je komplexní projekt, který propojuje biologii, chemické inženýrství a kosmické technologie.

• Technická realizace (hlavni kontraktor): ČVUT v Praze (konstrukce, hardware).
• Vědecká část: Ústav chemických procesů AV ČR (návrh procesu, biologie řas).
• Software a elektronika: esc Aerospace s.r.o.
• Management: Serenity Valley Technologies s.r.o.

Experiment METRO, který se na oběžnou dráhu vydá s Alešem Svobodou, je důkazem, že česká věda dokáže řešit fundamentální problémy lidské expanze do vesmíru. Pokud jednou budeme cestou na Mars dýchat vzduch recyklovaný řasami, bude to dost možná díky principům ověřeným právě tímto českým zařízením.

Hlavní zástupci řešitelského týmu

doc. Mgr. Jaroslav Kousal, Ph.D.: České vysoké učení technické v Praze:

Jaroslav Kousal působí jako docent na Fakultě strojní Českého vysokého učení technického v Praze a na Matematicko-fyzikální fakultě Univerzity Karlovy. Vzděláním je fyzik v oblasti materiálové vědy, nízkoteplotního plazmatu a nanotechnologií. Doktorát získal roku 2006 na MFF UK. Na Ústavu letadlové techniky FS ČVUT se od roku 2015 věnuje kosmické technice po stránce rozvoje specializační výuky i prakticky. V této oblasti se zabývá problémy spojenými s vlivy kosmického prostředí na konstrukční materiály, s pohony a trajektoriemi družic. Podílí se i na kosmických projektech a studiích pro ESA.

Ing. Irena Brányiková, Ph.D.Ústav chemických procesů AV ČR, v. v. i.

Irena Brányiková vede Výzkumnou skupinu řasové a mikrobiální biotechnologie na Ústavu chemických procesů AV ČR, v rámci Oddělení chemického inženýrství. Doktorát získala v roce 2010 na VŠCHT v Praze. Profesní zkušenosti čerpá ze soukromého i veřejného sektoru, kde se dlouhodobě zaměřuje na propojení základního a aplikovaného výzkumu v oblasti řasové biotechnologie. Spolupracuje s českými i zahraničními institucemi a průmyslovými partnery. Její výzkum se zaměřuje především na využití mikroskopických řas v potravinářství, ochraně životního prostředí a valorizaci odpadních proudů. Uplatňuje přitom multidisciplinární přístup, který propojuje biologii, chemické inženýrství a technologické procesy.

Ing. Petr Suchánek, esc Aerospace s.r.o.

Petr Suchánek je ředitel společnosti esc Aerospace s.r.o. Již více než 25 let se věnuje konstrukcím elektronických systémů. Od roku 2009 se zapojil do kosmického průmyslu jako tester, elektrotechnik a programátor. Zkušenosti nabyté na technických pozicích nyní zúročuje ve vedení společnosti. Podílí se i na vedení projektů včetně účastí na projektech a misích Evropské kosmické agentury, kde esc Aerospace dodává letový hardware a software.

Mgr. Lukáš Krincvaj, Serenity Valley Technologies s.r.o.

Lukáš Krincvaj je zkušený projektový manažer s mnohaletou praxí napříč různými obory jako je marketing, vývoj SW, automobilový nebo aerospace průmysl. Během své kariéry vedl řadu komplexních mezinárodních projektů pro firmy jako Škoda Auto, Microsoft, IKEA, Coca-Cola, esc Aerospace či Nestlé, a kromě Česka pracoval také v USA nebo Indii. Už během studií pomáhal s popularizací české vědy na Fyzikálním ústavu AV ČR a v CERNu. Je držitelem řady mezinárodních manažerských certifikací a má praktickou zkušenost s projekty dle standardů ESA.

Zdroje informací:
https://ceskacestadovesmiru.cz/
https://www.avcr.cz/

Zdroje obrázků:
Tisková zpráva