Насколько МКС близка к закрытой системе с точки зрения содержания углерода, водорода и кислорода?

Это не так красиво, как ваша диаграмма, но вот та, которая включает Сабатье.

В документе, из которого она поступила , говорится, что по-прежнему существует «долгосрочный дефицит воды», что приводит к необходимости подачи подпиточной воды из-под земли.

Акронимология:

• CDRA — узел удаления углекислого газа
• CWC - Резервуар для воды на случай непредвиденных обстоятельств
• CWC-I - Контейнер для воды на случай непредвиденных обстоятельств - Йод (несмотря на название, которое является термином наследия шаттлов, использование этих контейнеров номинально)

• ECLSS - Система экологического контроля и жизнеобеспечения

• OGA - Генератор кислорода в сборе

• UPA - сборка процессора мочи
• WPA - сборка водяного процессора

Таким образом, диаграмма, опубликованная Organic Marble , как раз то, что я искал. Но я решил опубликовать некоторую информацию, которую я обнаружил о химическом составе того, что остается незакрытым в системе.

На самом деле это ссылка из Википедии , которую я добавил к моему вопросу, и она отвечает на все, что я хотел знать, с точки зрения химии.

Текущая система

В статье обсуждается, как система Сабатье в основном позволяет им восстанавливать кислород из выдыхаемого воздуха.$CO_2$путем соединения его с водородом из воды:

$$2H_{2}O \overset{hydrolysis}{\rightarrow} 2H_2 + O_2 + \overset{food}{C} \overset{respiration}{\rightarrow} CO_2 + 2H_2 + \overset{added}{2H_2} \overset{sabatier}{\rightarrow} 2H_{2}O + \overset{discarded}{CH_4}$$ источник

В конечном итоге вы получаете то же количество воды, что и влили, поэтому, удаляя эти два кислорода и четыре водорода, оставляя только то, что потребляется и производится, вы получаете:

$$\overset{food}{C} + \overset{added}{2H_2} \rightarrow \overset{discarded}{CH_4}$$

Откуда берется лишний водород? В статье в Википедии указывается, что это обеспечивается гидролизом воды, отсюда и «долговременный дефицит воды», о котором упоминал органический мрамор .

Закрытие цикла

В статье Википедии также упоминаются возможные способы восстановления водорода.

Пиролиз — это простая реакция, в которой используется тепло для отделения углерода от водорода:

$$CH_4 \overset{heat}{\rightarrow} C + 2H_2$$

В статье упоминается, что углерод в конечном итоге станет «легко удаляемым» отложением графита . Как указывает «[необходима цитата]», практичность этого еще предстоит увидеть.

Чтобы астронавтам не приходилось долбить кучу графита, вы можете выполнить неполный пиролиз, потеряв некоторое количество водорода, но оставив углерод в газообразной форме в виде ацетилена:

$$2CH_4 \overset{heat}{\rightarrow} C_{2}H_{2} + 3H_2$$

Альтернативой, которую они, по-видимому, изучают, является замена реакции Сабатье реакцией Боша , которая не тратит водород впустую, но снова оставляет астронавтов иметь дело с углеродом в виде графита:

$$CO_2 + 2H_2 \overset{heat}{\rightarrow} C + 2H_{2}O$$

Постскриптум

Если вы думаете: «Подождите, мы не просто едим чистый углерод в пищу!» тогда да, вы правы, даже первое уравнение не полное.

Пища сложна, но если мы упростим ее до сахаров, таких как глюкоза ($C_{6}H_{12}O_{6}$), которые в основном представляют собой группы$CH_{2}O$, то это выглядит так:

$$2H_{2}O \overset{hydrolysis}{\rightarrow} O_2 + 2H_2 + \overset{food}{CH_{2}O} \overset{respiration}{\rightarrow} H_{2}O + CO_2 + 2H_2 + \overset{added}{2H_2} \\ \overset{sabatier}{\rightarrow} 3H_{2}O + \overset{discarded}{CH_4}$$

По сути, водород и кислород из пищи в конечном итоге дают больше воды, которая попадает в систему станции. В конечном итоге еда становится еще одним способом пополнения запасов воды на станции.

Действительно, дыхание пищи полностью увлажняет вас независимо от ее фактического содержания.$H_{2}O$содержание! Есть пустынные грызуны, которые фактически не пьют воду, выживая только за счет воды, полученной из их пищи.

Согласно статье Space.com, астронавт говорит, что внутри Международной космической станции «прекрасно пахнет» (видео) :

для СО${}_2$ $\rightarrow$О${}_2$: почти 50%

Ученые НАСА также пытаются повысить процент углекислого газа, который перерабатывается обратно в кислород. Прямо сейчас система жизнеобеспечения преобразует чуть менее 50 процентов, но они надеются, что технологии будущего смогут перерабатывать не менее 75 процентов, если не весь углекислый газ на борту.

Рассказчик показанного там видео говорит:

На станции, если все системы работают, мы можем переработать чуть менее 50% углекислого газа обратно в кислород.

---

для ч${}_2$О: 93%

«Мы хотим увеличить уровень переработки отходов по сравнению с тем, что мы делаем сейчас на станции. Наша система водоснабжения МКС может перерабатывать около 93 процентов сточных вод обратно в чистую воду», — говорит в видео Молли Андерсон, главный технолог НАСА. . Ученые НАСА планируют вскоре доставить на станцию ​​демонстрационную технологию, которая должна быть в состоянии восстановить большую часть остальных 7 процентов, называемых «рассолом».