Space Farming: अंतराळातील शेती: नॅनोतंत्रज्ञानामुळे अन्नउत्पादनाची नवीन क्रांती!

Agriculture Technology:

अमृता शेलार

नॅनोपार्टिकल्सच्या मदतीने अंतराळातील झाडांच्या वाढीला चालना देणे, पोषणद्रव्ये कार्यक्षमतेने वितरित करणे, आणि जलसंधारण सुधारण्याचे प्रयोग सुरू आहेत. कमी गुरुत्वाकर्षण, अत्यल्प पाणी, विकिरणांचा प्रभाव आणि पृथ्वीप्रमाणे पोषणद्रव्यांचा अभाव यामुळे पारंपरिक खत आणि शेती पद्धती निष्प्रभ ठरू शकतात. याच समस्येवर तोडगा म्हणून नॅनोतंत्रज्ञानाचा शोध घेतला जात आहे.

भविष्यात मानवी वसाहती मंगळ, चंद्र आणि आंतरराष्ट्रीय अंतराळ स्थानकांवर स्थापन करण्याच्या दिशेने जगभरातील वैज्ञानिक मोठ्या प्रमाणावर संशोधन करत आहेत. मात्र, या वसाहतींच्या अस्तित्वासाठी अन्न उत्पादन करणे सर्वात मोठे आव्हान आहे. आज पृथ्वीवर शेतीसाठी भरपूर नैसर्गिक संसाधने, माती, भरपूर पाणी, योग्य तापमान, गुरुत्वाकर्षण आणि सूर्यप्रकाश सहज उपलब्ध आहेत. मात्र, मंगळ, चंद्र किंवा अंतराळ स्थानकांमध्ये हे घटक अगदीच वेगळे आणि आव्हानात्मक आहेत. त्यामुळे तेथे पारंपरिक पद्धतीने शेती करणे अशक्य ठरते.

मानवी वसाहतीसाठी मंगळ, चंद्र, आणि अंतराळ स्थानकांवर शेती करणे हे भविष्यातील विज्ञानाचे महत्त्वाचे उद्दिष्ट आहे. परंतु अंतराळातील वातावरणात पारंपरिक शेती करणे जवळपास अशक्य आहे. कमी गुरुत्वाकर्षण, अत्यल्प पाणी, विकिरणांचा प्रभाव आणि पृथ्वीप्रमाणे पोषणद्रव्यांचा अभाव यामुळे पारंपरिक खत आणि शेती पद्धती निष्प्रभ ठरू शकतात. याच समस्येवर तोडगा म्हणून नॅनोतंत्रज्ञानाचा शोध घेतला जात आहे. नॅनोपार्टिकल्सच्या मदतीने अंतराळातील झाडांच्या वाढीला चालना देणे, पोषणद्रव्ये कार्यक्षमतेने वितरित करणे, आणि जलसंधारण सुधारण्याचे प्रयोग सुरू आहेत.

नॅनोपार्टिकल्समधील संशोधन

नॅनोपार्टिकल्स हे अणू आणि रेणूंच्या सूक्ष्मतम कणांपासून बनवलेले असतात, ज्यांचा आकार

१ ते १०० नॅनोमीटर इतका असतो. (१ नॅनोमीटर

म्हणजे एका केसाच्या जाडीच्या १,००,००० वा भाग)

अधिक प्रभावी शोषण

पारंपरिक खतातील पोषणद्रव्ये माती किंवा पाण्यात विरघळतात आणि वनस्पतींनी ती मुळांद्वारे शोषून घ्यावी लागतात. परंतु नॅनोपार्टिकल्स एवढे छोटे असतात की, ते थेट पानांमध्ये प्रवेश करू शकतात. हे कण पानांच्या छिद्रांमधून किंवा पेशींमधून सहज आत जाऊ शकतात आणि पोषणद्रव्ये झाडाच्या पेशींमध्ये थेट पोहोचवू शकतात. यामुळे पोषणशोषण अधिक जलद आणि प्रभावी होते.

सूक्ष्मगुरुत्वीय स्थितीत पोषणद्रव्यांचे कार्यक्षमता वाढवणे

अंतराळात गुरुत्वाकर्षण अत्यल्प असते, ज्यामुळे झाडांची नैसर्गिक वाढ प्रभावित होते, द्रव पदार्थ सहज वाहत नाहीत, त्यामुळे झाडांच्या मुळांना अन्नद्रव्ये योग्य प्रकारे मिळत नाहीत. झाडांची मुळे मातीमध्ये घट्ट धरून वाढू शकत नाहीत, पाणी आणि पोषणद्रव्ये योग्य प्रकारे झाडांच्या पेशींपर्यंत पोहोचत नाहीत.

नॅनो फर्टिलायझरच्या मदतीने, झाडांना आवश्यक पोषणद्रव्ये नॅनो आकारात दिल्यास, त्यांची वहनक्षमता वाढते आणि झाडे अधिक चांगल्या प्रकारे वाढू शकतात.

पाण्याचा अचूक वापर आणि जलसंधारण

अंतराळातील शेतीसाठी पाणी हा मोठा मर्यादित संसाधन आहे. अंतराळ मोहिमांमध्ये पाणी हा सर्वात महागडा आणि मर्यादित घटक असतो. झाडांसाठी आवश्यक मोठ्या प्रमाणातील पाणी अंतराळात उपलब्ध नाही.

नॅनोहायड्रोजेल तंत्रज्ञानाच्या मदतीने पाणी झाडाच्या मुळांपर्यंत अधिक वेळ टिकून राहू शकते. या कणांमध्ये पाण्याचा साठा करण्याची क्षमता असते, गरजेनुसार ते झाडांना हळूहळू पाणी पुरवतात.

अंतराळातील किरणोत्सर्गापासून संरक्षण

मंगळ आणि चंद्रावर पृथ्वीप्रमाणे ओझोन थर नाही, त्यामुळे गॅमा किरणोत्सर्ग आणि सौर वारे थेट वनस्पतींवर परिणाम करतात. यामुळे झाडांच्या पेशींना गंभीर हानी पोहोचू शकते आणि त्यांच्या डीएनए रचनेत बदल होऊ शकतो.

अंतराळातील झाडे सतत सूर्याच्या हानिकारक गॅमा किरणोत्सर्गाला तोंड देतात. यामुळे डीएनए नुकसानीमुळे वनस्पतींच्या पेशी नष्ट होऊ शकतात. नॅनोपार्टिकल्स आधारित कोटिंग किंवा नॅनो-एंटीऑक्सिडंट्स झाडांना या किरणोत्सर्गापासून संरक्षण देऊ शकतात, ज्यामुळे त्यांची वाढ अबाधित राहते.

मातीशिवाय शेती

पृथ्वीवरील सुपीक मातीमध्ये वनस्पतींना वाढण्यासाठी आवश्यक सूक्ष्मजीव असतात, जे पोषणद्रव्ये झाडांसाठी सोप्या स्वरूपात उपलब्ध करून देतात. मात्र, मंगळ आणि चंद्राच्या मातीमध्ये हे जैविक घटक नसल्यामुळे झाडांची वाढ मर्यादित होते.

अंतराळ स्थानकांमध्ये माती उपलब्ध नसते, त्यामुळे हायड्रोपोनिक्स आणि एअरोपोनिक्स शेतीच्या प्रणालीत नॅनोपार्टिकल्स फार महत्त्वाचे ठरणार आहेत.

या प्रणालींमध्ये पोषणद्रव्ये थेट द्रव किंवा स्प्रेच्या स्वरूपात दिली जातात आणि नॅनोपार्टिकल्समुळे त्यांचे शोषण अधिक जलद व प्रभावी होते.

नासा, इस्रो, स्पेसएक्समधील नॅनो-शेतीचे प्रयोग

नासा (नॅशनल एरोनॉटिक्स अँड स्पेस अॅडमिनिस्ट्रेशन), इस्रो (भारतीय अंतराळ संशोधन संस्था) आणि स्पेसएक्स सारख्या कंपन्या अंतराळ शेतीत नॅनोतंत्रज्ञानाचा कसा उपयोग करता येईल यावर महत्त्वाचे संशोधन करत आहेत.

आघाडीच्या अंतराळ संशोधन संस्थांनी नॅनो-शेती क्षेत्रात महत्त्वपूर्ण प्रयोग सुरू केले आहेत. ‘नासा’ च्या संशोधनानुसार, अंतरातील शेतीसाठी विशिष्ट झाडांची निवड करून त्यांना नॅनो-पोषणद्रव्यांच्या मदतीने वाढवण्याचे तंत्र विकसित केले जात आहे.

इस्रोच्या ‘चंद्र आणि मंगळ मिशन’ अंतर्गत नॅनोमटेरियल-आधारित पोषणद्रव्ये विकसित करण्यावर भर दिला जात आहे, जेणेकरून कमी संसाधनांमध्ये अधिक उत्पादन मिळू शकेल.

‘स्पेसएक्स’ कंपनीने चंद्रावरील शेती या संकल्पनेवर संशोधन सुरू केले आहे. चंद्रावरील शेतीसाठी नॅनोतंत्रज्ञानाच्या मदतीने शेती उत्पादनक्षम बनविण्याचे प्रयत्न चालू आहेत. या प्रयोगांमुळे भविष्यात अंतराळातील मानवी वसाहतींसाठी टिकाऊ आणि कार्यक्षम अन्न उत्पादन शक्य होऊ शकते.

अंतराळातील शेतीचा भविष्यातील उपयोग

भविष्यात अंतराळातील मानवी वसाहतींसाठी ताज्या अन्नधान्याची गरज पूर्ण करण्यासाठी नॅनोतंत्रज्ञान महत्त्वाची भूमिका बजावणार आहे. नॅनो-आधारित खत आणि बायो-नॅनो कीडनाशकांच्या मदतीने अंतराळवीरांना शून्य गुरुत्वाकर्षणातही शेती करणे शक्य होईल.

पाणी आणि पोषणद्रव्यांचा कार्यक्षम वापर करून लहान जागेत जास्तीत जास्त अन्न उत्पादन करता येईल, ज्यामुळे अंतराळातील मर्यादित संसाधनांचा प्रभावी उपयोग होईल.

भविष्यातील अंतराळ मोहिमांमध्ये ‘स्पेस-ग्रीनहाउस’ उभारले जाऊ शकतात, जिथे झाडे नैसर्गिक प्रकाशाशिवाय एलईडी आणि नॅनोटेक बायोफिल्टरच्या मदतीने वाढवली जातील. या अभिनव तंत्रज्ञानामुळे चंद्र आणि मंगळावरील मानवी जीवन अधिक सुलभ आणि टिकाऊ होण्याची शक्यता आहे.

अंतराळातील शेती हे विज्ञानाच्या नव्या युगाचे प्रतीक आहे. पृथ्वीवरील कृषी समस्या सोडवण्यासाठीही नॅनोतंत्रज्ञान एक प्रभावी उपाय ठरू शकतो. नॅनोतंत्रज्ञान शेतीत क्रांती घडविणार असून, हीच क्रांती आता अंतराळातही पोहोचत आहे. भविष्यातील अंतराळ मोहिमा अधिक यशस्वी करण्यासाठी नॅनोशेती हा सुवर्णमध्य ठरणार आहे.

amrutavijaykumarshelar@gmail.com

(रिसर्च फेलो, रासायनिक अभियांत्रिकी आणि जैवतंत्रज्ञान, तंत्रज्ञान विभाग, सावित्रीबाई फुले पुणे विद्यापीठ, पुणे)