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マイクロ生態系生命維持システム代替案（MELiSSA）は、長期有人宇宙ミッションのための将来の再生型生命維持システムの技術開発を目的とした欧州宇宙機関（ESA）のイニシアチブです。1989年に開始されたこの設計は、地上の生態系から着想を得ています。2023年現在、MELiSSAはヨーロッパ全土の30の組織で構成されるコンソーシアムです。[ 1 ]
人間が参加する宇宙ミッションでは、生命を維持するために不可欠な資源が必要です。1人あたり1日あたり約3.56kg の飲料水と26kgの衛生用水が必要です。 [ 2 ]ミッションが長く遠くなるほど、資源の供給はより困難で費用がかかるようになります。MELiSSAの目標は、エネルギー投入のみで廃棄物を酸素、水、食料に自律的にリサイクルする人工的に閉鎖された生態系を理想的に作り出すことです。
ループは4つの区画から構成され、中央に乗組員が配置されている。各区画は以下のとおりである。
この区画は、尿素や厨房廃棄物などのすべてのミッション廃棄物、および高等植物区画の非食用部分（つまり、藁や根）の収集場所です。この区画の目的は、これらの廃棄物を嫌気的にアンモニウム、H₂ 、 CO₂ 、揮発性脂肪酸、およびミネラルに変換することです。バイオセーフティ上の理由と最適な分解効率のために、この区画は高温条件（55 ℃）で稼働します。この区画での分解プロセスは、タンパク質分解、糖分解、およびセルロース分解によって行われます。
この区画は、液化区画の最終生成物、主に揮発性脂肪酸の除去を担っています。
硝化槽の主な機能は、廃棄物から生成されたNH₄⁺を硝酸塩に変換することです。硝酸塩は、高等植物やArthrospira platensisにとって最も好ましい窒素源です。この槽は、NH₄⁺をNO₂⁻に、NO₂⁻をNO₃⁻にそれぞれ酸化するNitrosomonas属とNitrobacter属の混合菌で構成されています。この槽は固定床反応器であるため、流体力学的要因の重要性がやや高まり、また複雑になります。
第4区画は、藻類区画（シアノバクテリアであるアルトロスピラ・プラテンシスが生息）と高等植物区画の2つの部分に分かれている。これらの区画は、酸素の再生と食物の生産に不可欠である。
閉鎖生態系は、炭素、水素、酸素、窒素、硫黄、リン（CHONSP）という主要元素間の質量バランスとして考えることができ、これらだけでリサイクル対象質量の95%を占めます。廃棄物元素を乗組員が利用できる資源に変換するには、物理化学的または生物学的な2つの方法があります。サバティエ反応などの物理化学的プロセスは高い効率をもたらしますが、温度と圧力の面で大量のエネルギーが必要です。光合成を利用する生物学的プロセスでは効率は低いものの、周囲の温度と圧力を利用できます。光合成とは、植物が光エネルギーを糖やその他の有機化合物の化学エネルギーに変換するプロセスです。この化学反応では炭素と水が利用され、副産物として酸素が大気中に放出されます。MELiSSAは、二酸化炭素を酸素にリサイクルするこれらの光合成反応に部分的に基づいています。乗組員の食料生産には、高等植物（小麦、米、サラダの材料など）が利用されます。光合成微生物は二酸化炭素を酸素に変換するためにも利用され、さらに、選択した微生物を必須タンパク質源として食物摂取の一部として利用する可能性もある。
多様な生物種の相互作用によって制御される自然生態系とは異なり、人工的に構築された閉鎖生態系は、段階が少なく、望ましい目標を達成するために規模と制御が調整されています。これは、原材料を有用な物質に変換する工業プロセスに似ています。ただし、重要な違いの一つは、廃棄物のほぼ100%をリサイクルすること（原料を制限すること）を目標としている点であり、これは基本的にMELiSSAを閉鎖ループで運用していることを意味します。
主要元素の回収率をほぼ100%にすることは理論上の話です。自然生態系と比較すると、地球でさえ真の意味での閉鎖系ではありません。毎年、数千トンもの隕石が宇宙から地球に落下し、同時に数千トンもの水素とヘリウムが地球の大気圏から放出されています。さらに、人工生態系は本質的に動的であり、MELiSSAは人間の行動の変化に迅速に対応する必要があります。そのためには、プロセスの各段階とシステム全体に対して開発された動的な制御システムが必要となります。
現在のMELiSSAパイロットプラントはバルセロナ自治大学にあり、2009年に開設されました。[ 3 ]ここは、MELiSSA国際チームによって得られた結果を統合し、テストする場所です。パイロットプラントの運用の最終目標は、MELiSSAループコンセプトの実現可能性を地上で実証、評価、改善し、宇宙用途向けの再生型生命維持システムに向けた将来の開発を導くことです。