Производство кислорода без растений

Простой электролиз воды был бы первым шагом, поскольку простое добавление электрического тока к воде начинает расщеплять воду на свободный водород и кислород.

Конечно, свободный водород очень опасен. Без надлежащего ухода одна искра, и ваши электролизные установки сгорят. Улавливая углекислый газ из атмосферы, вы можете высвободить еще больше кислорода и безопасно хранить как углерод, так и водород для последующего повторного использования в качестве топлива.

Эти химические реакции требуют дополнительной энергии для выполнения. Вода и углекислый газ являются формами с наименьшей энергией, которые могут принимать молекулы, состоящие из кислорода, водорода и углерода. Поскольку человеческая жизнь теперь зависит от дополнительного кислорода в воздухе, сжигание всего будет строго регулироваться, поэтому наша энергия должна будет поступать из возобновляемых источников, таких как геотермальная энергия, плотины, ветер и солнечная энергия.

Очевидно, нынешних уровней кислорода должно хватить на годы...

Да. Несколько сотен миллионов, плюс-минус, если предположить, что орбита Земли не сильно меняется на протяжении эпох. Но я не учитываю високосные секунды.

Атмосфера имеет массу около 5,15×10 ¹⁸ кг . Это ругательство. ~21% составляет O ₂ , примерно 10 ¹⁸ кг.

По данным НАСА:

Мужчине необходимо 0,63 кг кислорода в сутки.

Таким образом, для 7 миллиардов пар человеческих легких нам нужно что-то около ~4,2×10 ⁹ кг кислорода в день.

Если мы избавимся от всех остальных существ, дышащих кислородом, перестанем сжигать вещи и будем поддерживать постоянный уровень популяции, мы сможем продолжать дышать, может быть, пятьсот миллионов лет. Даже если бы нам было все равно и ничего не меняли, мы все равно могли бы прожить достаточно долго, чтобы колонизировать галактику и импортировать рабочие, инопланетные растения с какой-нибудь другой планеты.

Видите ли, мы берем кислород из атмосферы, а растения и бактерии возвращают в него кислород, но обе стороны когда-либо обращаются с очень незначительной долей присутствующего в нем О ₂ . Если заводы объявят забастовку, у нас будет более чем достаточно времени, чтобы найти другой бесплатный зеленый источник. Тем временем мы могли бы использовать процесс из ответа Гедипанка - электролиз воды, чтобы получить немного кислорода и получить немного хорошего ракетного топлива на стороне.

Мы также могли бы найти способ превратить диоксид кремния в металлический кремний и свободный кислород, эффективно используя кристаллы песка и кварца в качестве дополнительных источников. Земная кора на 46% состоит из кислорода по массе — этого достаточно, чтобы выбить себя из колеи и взорвать атмосферу в космос, если нам когда-нибудь надоест здесь жить. Однако нам может понадобиться много кислоты (это ссылка на вопрос в chemistry.stackexhange.com , и метод в принятом ответе может также отделить кислород от материалов, отличных от железа).

Кажется, в ответах есть две темы.

Во-первых, нынешний уровень кислорода продлится очень долго.

Во-вторых, проблема, что делать с кислородом фотосинтеза, если он не высвобождается в виде кислорода.

Я утверждаю, что для обеих проблем существует обходной сюжетный механизм.

Вместо того, чтобы выделять О2, растения развивают механизм производства озона, О3. Концептуально я бы предложил разработать новый фермент, распространяемый вирусом, который заражает все растения. Он проникает в органеллы, обеспечивающие фотосинтез. Этот фермент модифицирует уравнение фотосинтеза в достаточной степени для образования O3.

Не спрашивайте о деталях того, как, но учитывая, что биологам приходилось прибегать к квантовому туннелированию для объяснения фотосинтеза , я полагаю, что квантовое туннелирование было бы хорошим механизмом, позволяющим отмахнуться от мелких деталей. Это могло бы правдоподобно объяснить, как электроны попадают из того места, где они находятся в O2, туда, где им нужно быть в O3.

Как только растения начинают выделять O3 вместо O2, у нас, людей, возникает очень большая проблема.

Видите ли, O3 токсичен для нас. Наши легкие не могут его использовать. Если мы вдыхаем чистый O3, мы задыхаемся .

За исключением того, что для целей сюжета мы решили два вопроса.

Растения избавляются от кислорода, и атмосфера становится непригодной для дыхания человека.

В этом случае решение состоит в том, чтобы преобразовать O3 обратно в O2. Этот процесс происходит естественным образом в верхних слоях атмосферы. Людям просто нужно ускорить его, возможно, в коммерческих целях.

«В этом гипотетическом сценарии растения перестали выделять кислород, но не перестали производить органику» — хорошо, теперь они фиксируют углекислый газ.

Большая проблема заключается в том, что это производит дополнительный кислород, и не так много мест, куда он может уйти, если мы не выпустим его в атмосферу: - гипероксигенированные углеводы нарушили бы метаболизм растения и ядовиты. К тому же они легковоспламеняющиеся, взрывоопасные или и то, и другое. - сжатый кислород может храниться в пузырьках лигнина, но не очень долго - затем он приходит в равновесие, и ничего не меняется - почва содержит филлосиликаты и гидратированные силикаты, и оба они очень близки к максимально возможному насыщению кислородом.

Однако наиболее очевидным способом борьбы с нехваткой кислорода будет

• попробуй убить все невентиляционные растения и замени их старыми версиями,
• жить в аркологиях и поставлять кислород за счет фотосинтеза с замкнутым циклом, дополненного химическими манипуляциями с любым материалом, в который накапливается кислород извне.
• извлекать кислород из силикатов (достаточно простого обезвоживания плюс электролиз).

Так что кислород просто исчезает, это основа этого ответа. Никакой странной биохимии, объясняющей это, просто нет. Растения по-прежнему используют кислород для своего собственного дыхания и улавливают CO2, как обычно, таким образом, они также процветают и приносят плоды для нормальной жизнедеятельности экосистемы.

В настоящее время около 21% атмосферы составляет кислород. 19,5% считается самым низким допустимым содержанием, поэтому допустим, что это с небольшим запасом прочности, и скажем, что это 18%. Таким образом, 3%-баллов, или около 15% текущего кислорода, могут быть израсходованы до того, как начнут происходить плохие вещи (это не считая разрушительных для экосистемы (и силой разлагающихся материалов ускоряющих истощение кислорода) побочных эффектов падения содержание О2). Всего 1,16x10E18 кг кислорода в атмосфере составляет около 1,6x10E17 кг истощаемого кислорода. Пользователь AlexP назвал глобальное биологическое потребление кислорода 3x10E14 кг в год, и я придерживаюсь этой цифры, поскольку она примерно соответствует гуманитарной части в общей глобальной биомассе (1x10E-4) и потреблению человеком, как указано Shadowzee. Биосфера поглотит полезный кислород примерно через 5000 лет.

Как уже упоминалось, вышесказанное делает наивные вычисления в стиле «Марсианина». Ни положительные, ни отрицательные отзывы не учитывались, никакой буферизации, ничего. 5000 лет все еще такой огромный промежуток времени по сравнению с ожидаемой продолжительностью человеческой жизни, что я осмелюсь сказать, что это дало бы человечеству достаточно времени, чтобы умереть по собственной воле...

Чтобы восполнить волшебным образом исчезающий кислород, нам нужно будет производить его самостоятельно, чтобы компенсировать 3x10E14 кг O2, которые необходимы жизни на Земле в год. Обычно на ум приходит расщепление H2O, но если полученный H2 не может быть отправлен в тот же магический вихрь, что и растение-O2, это будет игра с нулевой суммой. Лучше убрать O2 с чего-нибудь, где можно хранить восстановленный продукт, не начав немедленно снова насыщать его кислородом. Песок? Хранить полученный Si в виде шлака? Вам нужно около 8x10E3Wh, чтобы произвести 1 кг O2 из песка, таким образом, 2,4x10E18Wh ежегодно, чтобы выровнять недостающую производительность завода. Это примерно в 20 раз превышает глобальное потребление энергии человеком... Может потребоваться некоторое время, чтобы достичь этих уровней, хотя может помочь то обстоятельство, что другая часть уравнения, чистый кремний, также может использоваться для производства энергии с помощью солнечных элементов. немного. И у нас есть 5 тысячелетий, чтобы набрать скорость. - Можно найти ~10 000 квадратных километров недвижимости для строительства.

Мы все умрем, у нас как у вида нет возможности заменить кислород так быстро, как мы его используем, без нынешнего уровня технологий и зависимости от ископаемого топлива.

Подумайте об этом так... у нас есть примерно 80% мировой энергии в виде ископаемого топлива и вырабатывается путем сжигания. Уголь, газ и нефть составляют практически все 80%. Возобновляемые источники энергии составляют всего около 10%, причем подавляющее большинство из них - это гидроэнергия, а не солнечная или ветровая энергия. ГИДРО. Остальные возобновляемые источники энергии составляют примерно 2%. ( https://en.wikipedia.org/wiki/World_energy_consumment ) (я не упомянул атомную энергетику, потому что, как всегда, разжигание страха фактически отправило ее в мусорное ведро, а строительство станций занимает слишком много времени).

Таким образом, нам нужно не только в основном увеличить наше текущее производство возобновляемой энергии, нам нужно сделать это на 5000% за один год, потому что у нас заканчивается кислород. (Нам нужно это производство энергии, потому что без него у нас нет возможности преобразовывать углекислый газ в кислород или воду в кислород.) (Я также игнорирую гидроэнергетику, потому что она очень зависит от местности, наличия воды и требует строительства огромных плотин. правильно пристегиваться)

Проблема с возобновляемыми источниками энергии и текущим производством и размещением возобновляемых источников энергии заключается в том, что у нас нет возможности сделать что-то существенное в столь короткие сроки. Мы наращиваем производство прямо сейчас, но когда проходит этот год, уровень кислорода начинает падать, все, что зависит от энергии, перестает работать, потому что все наши методы производства энергии основаны на кислороде. Какие бы заводы по производству кислорода мы ни делали, они быстро становятся переполненными, и люди умирают от голода, потому что у них нет возможности получить еду (автомобили работают на сгорании, вы сами шутите, если думаете, что мы можем увеличить ВСЕ текущие возобновляемые источники энергии на 5000%, в то время как переоборудовать все автомобили в электрические и построить центры по переработке кислорода за один год). Дело не в том, что возобновляемые источники энергии не могут заменить ископаемое топливо, просто мы можем».

Редактировать: только что понял, что вы положили годы .. Я сомневаюсь, что у нас будет достаточно производственных мощностей даже через 10 лет. Не с учетом того, что наше население все еще растет, и сколько времени требуется правительствам, чтобы понять последствия, о которых ученые говорят нам уже более десяти лет, и явной нехватки финансирования и толчка. Черт возьми, мы, вероятно, даже не поймем, что растения перестают производить кислород, пока не пройдет год.

Edit2: я знаю, что 10 лет мало, и я, возможно, недооцениваю наши запасы (но серьезно, это не будут миллионы лет, математика ниже). Более серьезной проблемой будет не кислород, которым мы дышим, а отсутствие поглощения CO2 растениями (поскольку вы берете CO2 и создаете глюкозу и O2). Это в сочетании со всеми водорослями в мире, внезапно переставшими производить кислород, убьет морскую жизнь.

Хорошо, и вот математика, которую я сделал с источниками, отличными от Google (я поленился, хорошо).

Итак, Википедия говорит, что атмосфера составляет 5,15 * 10 ^ 18, а 20,95% составляет кислород, что составляет 10 ^ 18 кг кислорода. (множество)

НАСА говорит, что нам нужно 0,84 кг на человека, а с 7 миллиардами человек это даже близко не вызывает беспокойства (другой ответ сделал это). https://www.nasa.gov/pdf/146558main_RecyclingEDA%28final%29%204_10_06.pdf

Эта статья https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S209592731830375X немного лучше и посвящена потреблению кислорода в разных отраслях. В основном они оценивают падение на 0,1% к 2100 году, поэтому я предполагаю, что 0,1% за 100 лет. Еще много времени

Проблема в том, что мы не можем достичь 0% кислорода. Мы вдыхаем 20%, выдыхаем 15%, поэтому нам нужно 5%. Американский OSHA https://www.osha.gov/pls/oshaweb/owadisp.show_document?p_id=25743&p_table=INTERPRETATIONS говорит, что в окружающей среде дефицит кислорода составляет 19,5%.

таким образом, вместо сотен тысяч лет, чтобы кислород упал до 0, мы можем упасть только на один 1%, прежде чем он повлияет на нас. В основном 1000 лет. (16% и ваша одышка сидя, мы, если вы хотите подтолкнуть его, мы можем сделать падение 5%). Тем не менее, кислорода достаточно, но это далеко не то число, которое вы, ребята, говорите. (Чтобы продолжить, 10% кислорода вызывает рвоту, а 6% вызывают судороги, поэтому 16%, вероятно, является последним пределом, который мы можем достичь, прежде чем нам нужно будет восстановиться).

Последняя насущная проблема заключается в том, что кислородное обновление отсутствует. Каждое растение прекращает фотосинтез. Я предполагаю, что они продолжают расти волшебным образом, но кислород не выходит (и не поступает ночью). Google сказал, что дерево производит 260 фунтов кислорода в год или 120 кг. Это 120 кг на дерево в год, которое больше не производится. Google также дает оценку в 3 триллиона деревьев, и это заканчивается примерно 2 * 10 ^ 14 кг кислорода, который не обновляется в год и удаляется из цикла (я не уверен, ссылается ли научная статья на это или нет). Таким образом, мы фактически теряем 2 * 10 ^ 14 кг кислорода, а также то, что мы тратим (могу ошибаться, добавляя это... я не читал статью подробно, только просматривал ее).

И последний гвоздь в крышку гроба - это то, что водоросли, которые производят 50%-85% всего кислорода (снова погуглите), останавливаются. Таким образом, в лучшем случае мы теряем 4*10^14 кг кислорода или 10^15 кг кислорода в год (что составляет от 25 до 10 лет из-за требования снижения на 1%). Водоросли также восполняют большое количество кислорода в море, что приведет к резкому падению уровня кислорода и резкому увеличению уровня СО2, что уничтожит эту экосистему (водоросли не будут использовать этот СО2 по той же причине, по которой растения этого не делают). т. Они поглощают некоторое количество для роста, но я предполагаю, что точная реакция по производству кислорода больше не происходит).