Melissa

DUURZAAMHEID IN DE RUIMTE

Eind jaren 80 initieerde de European Space Agency (ESA) het Melissa Project. Het doel was om ‘Regenerative Life Support Systems’ te ontwikkelen. In de afgelopen 30 jaar zijn grote vorderingen gemaakt, die ook interessant zijn voor de installatietechniek in de gebouwde omgeving. Waar hebben we het dan zoal over?

Christophe Lasseur is het Hoofd van het Melissa Project. Melissa staat voor ‘Micro-Ecological Life Support System Alternative’. ESA beoogt hiermee Life Support Systems te ontwikkelen, waarmee voeding, water en zuurstof worden gewonnen uit het afval van ruimtevaartmissies. We spreken dan over gesloten kringlopen of circulariteit. Om deze doelstelling te verwezenlijken is een sleutelrol weggelegd voor installatietechniek.

9 kg afval
Per dag produceert een astronaut of kosmonaut op z’n Russisch, ongeveer 9 kg aan afval. “We hebben het dan onder andere over CO2, urine en zweet”, vertelt Lasseur. Voor langdurige missies zouden hieruit weer nieuwe voedingsstoffen moeten worden teruggewonnen voor de bemanning. Daar is al het een en ander aan ervaring mee opgedaan, “maar in de hedendaagse ruimtevaart recyclen we eigenlijk alleen nog condensatie”.

Kop koffie
Uit urine kan je niet alleen water terugwinnen, maar ook kalium en stikstof. Daar komen de nodige handelingen bij kijken, zoals filteren en koken. Maar het werkt. “We grappen wel eens dat een astronaut in de ruimte in feite herhaaldelijk dezelfde kop koffie drinkt.”

Bioreactor
Zuurstof terugwinnen vergt ook verscheidene stappen. Met behulp van bioreactors (micro-algen), aanwezige CO2 en stikstof worden water en zuurstof geproduceerd. Dat zijn ook belangrijke bestanddelen om planten en daarmee bijvoorbeeld je verse salade te laten groeien. Zonlicht is nog wel een dingetje, maar inmiddels kan dat worden nagebootst met speciale lampen.

Binnenklimaat
Hoe zit het eigenlijk met de klimatologische omstandigheden in een ruimtevaartuig? De temperaturen zijn min of meer hetzelfde, vertelt Lasseur. Zo rond de 20 °C. De druk ligt iets lager: 800-900 milibar. Ventilatie is een issue. Met ruimtes die verschillende functies met elkaar verbinden en een mogelijke landing op een vreemd hemellichaam in het achterhoofd, moet contaminatie worden vermeden. Levert dat geen oplossingen op, die ook bruikbaar zijn in bijvoorbeeld een pandemie op aarde?

Concurrent Design
Het voert te ver om in dit artikel diep in te gaan op alle issues waar de ruimtevaart mee te maken krijgt. We willen alleen een indruk geven, wat er zoal speelt en waar wij wellicht als sector ook ons voordeel mee kunnen doen. Naast het denken in gesloten kringlopen, is dat bijvoorbeeld Concurrent Design. Je zou het ook wel kunnen omschrijven als integraal ontwerpen, gebaseerd op prototypes. Wij zijn in de gebouwde omgeving nog steeds gewend aan lineair ontwerpen. Iedere schakel in de bouwkolom, te beginnen bij de architect, levert zijn bijdrage en gooit het dan over de schutting bij de volgende discipline. Vaak ontaardt deze werkmethodiek in stroperige trajecten, waarbij deelontwerpen slecht op elkaar aansluiten en tijdens de bouw nog modificaties nodig zijn.

BIM+
Bij Concurrent Design, zitten alle partijen bij elkaar. Ze werken als het ware in een BIM en maken continu nieuwe prototypes van een, laten we zeggen ruimtebasis. Deze leveren belangrijke inzichten op, waardoor de volgende in de reeks steeds meer het optimum benadert. In de praktijk werkt dit vaak sneller en heeft deze methodiek een positief effect op de onderlinge verhoudingen. Concurrent Design is met name interessant bij het ontwerp van complexe structuren. Nu de installatiequote in gebouwen toeneemt en het steeds nauwer luistert bij de onderlinge afstemming tussen bouwkunde en ons vakgebied, zou deze werkmethodiek ook voor de bouwkolom aantrekkelijk kunnen zijn. 

Grijswatersysteem

Het Melissa-project heeft geleid tot interessante spin offs. Een aantal ontwikkelingen hebben ook hun weg gevonden in de gebouwde omgeving. Onder andere in de Villa Troglodyte, die in 2019 werd opgeleverd in Monaco. De Franse architect, Jean-Pierre Lott ontwierp een luxe villa, die ingebed ligt in een rots. De woning heeft een oppervlakte van 520 m2 en telt vier verdiepingen en een ondergronds verwarmd zwembad. Lott heeft zoveel mogelijke lokale of gerecyclede materialen gebruikt. Denk bijvoorbeeld aan beton met een laag CO2-gehalte, kurk, hout en kalksteen. Via ramen, lichttunnels en passerelles krijgt de woning voldoende daglicht binnen. En dankzij PV-panelen stroom. De verwarming vindt plaats via betonkernactivering. Daarbij worden ruimtes verwarmd of gekoeld door water te pompen door leidingen in de kern van een betonnen vloer of plafond (en niet vlak onder het vloeroppervlak, zoals bij vloerverwarming). BKA werkt met LT-verwarming (LTV) en HT-koeling. Doordat de watertemperaturen weinig afwijken van de omgevingstemperatuur, is er minder energie nodig dan bij een conventionele klimaatinstallatie. Een voordeel ten opzichte van vloerverwarming is dat de soort vloerafwerking nauwelijks invloed heeft op de werking van de klimaatinstallatie. BKA werkt het beste in combinatie met een weersafhankelijke regeling van de aanvoertemperatuur met een maximum en een minimum aanvoertemperatuur van respectievelijk 29 °C en 18 °C. Naast het duurzame BKA heeft villa Troglodyte een gebalanceerd ventilatiesysteem dat zorgt voor de toevoer van verse lucht en afvoer van vervuilde lucht. De waterbehandeling is direct geënt op vindingen die zijn gedaan bij het Melissa Project. De firma FIRMUS ontwikkelde het FGWRS-systeem dat zowel grijs water recyclet als energie bespaart. Het systeem werkt dankzij membraanprocessen en -technologieën die het mogelijk maken grijs water te behandelen, zodra het is opgevangen. De unit recyclet meer dan 80% van het grijze water dat kan worden hergebruikt in douches, wastafels en vele andere waterapparaten van een behuizing. Gekoppeld aan een energieterugwinningssysteem, kan het 70% van de grijswaterenergie terugwinnen. Volledig geautomatiseerd kan de unit op afstand worden gemonitord. Het grijswatersysteem is hoofdzakelijk bedoeld voor collectieve woningen met een aanzienlijke hoeveelheid grijs water, maar is ook verkrijgbaar als een versie voor individuele woningen.