Самодостаточная герметичная система: люди и растения

Отчасти связано с тем, сколько растений потребуется для производства кислорода, достаточного для 20 человек?

Предположим, что несколько человек заперты в большой герметично закрытой комнате на Земле со стеклянной (или другой прозрачной) крышей, пропускающей солнечный свет:

Можно ли создать симбиотические отношения между людьми и растениями/деревьями, при которых люди будут выдыхать достаточно CO2 для выживания растений, а растения будут производить достаточно кислорода для выживания людей?

Будет ли (например) работать один человек и один бук/дуб (или какая-то комбинация деревьев, которые не сбрасывают листву сезонно и продолжают поглощать достаточное количество CO2, выделяя при этом достаточное количество кислорода круглый год)? Если нет, то сколько людей и сколько деревьев/растений будет работать?

Я думаю, что если на Землю обрушится катастрофа и атмосфера станет непригодной для дыхания, сможет ли такая система теоретически работать?

Кроме того, эта установка будет очень актуальна для Марса, а также очень актуальна для любого типа автономного орбитального аппарата или космического корабля (и, следовательно, актуальна для исследования космоса).

Спасибо за любые ответы или советы,

Это можно сделать, хотя наши попытки до сих пор спотыкались. См. Биосфера
Должно хватать не только кислорода для людей и СО2 для растений. для людей не должно быть слишком много СО2 и кислорода. Более 50 % кислорода при давлении 1 бар – это слишком много, если дышать в течение нескольких дней и недель.
Лиственные деревья, такие как дуб и бук , никак не могли бы поддерживать человеческую жизнь в закрытой среде в любом количестве, если только люди не найдут способ перестать дышать на несколько месяцев, пока деревья спят без листьев зимой. (И если вы попытаетесь заставить лиственные деревья расти непрерывно круглый год, это также не удастся.)
@PcMan Предположительно, это можно сделать, просто мы еще не поняли, как это сделать. ;) Так что утверждать, что это можно сделать, несколько преждевременно, это все равно, что утверждать, что можно сделать ракеты с термоядерным двигателем...
Замкнутая мини-экосистема должна делать гораздо больше , чем перерабатывать воду и преобразовывать CO2 в O2. Например, он имеет дело с другими газами, выделяемыми живыми организмами, особенно с метаном. Это сложное жонглирование, чтобы все жизненно важные элементы хорошо циркулировали и не превращались в токсичный ил. Особенно, если вы не хотите тратить огромное количество энергии на поддержание работоспособности системы.
@PM2Ring ИМО, устойчивое производство воздуха, воды и пищи в замкнутой системе является наиболее серьезной проблемой в долгосрочном исследовании космоса, и она остается такой же вечно недосягаемой, как и ракеты на термоядерном топливе.
@DavidHammen Согласен. И вам на самом деле не нужна термоядерная энергия, чтобы жить или путешествовать в космосе или на другой планете. Но если мы не научимся создавать закрытые экосистемы, у нас не будет долгосрочных исследований или независимых орбитальных сред обитания. (Базы на планетах или лунах могут «мошенничать», привозя свежие материалы и выбрасывая ил). Я знаю, что вы это знаете, я просто упоминаю об этом для других читателей.
@PM2Ring Похищение слов Иниго Монтойи ( в исполнении Мэнди Патинкин ): «Привет. Меня зовут космос. Ты убил Землю. Приготовься к смерти».
Я проголосовал за закрытие. Этот вопрос не про освоение космоса!? Думаю, это больше вопрос биологии. Вам не нужна космическая наука, чтобы ответить на вопрос.
@ PM2Ring Конечно, это можно сделать. У нас есть один рабочий пример с проверенной стабильностью на 4,5 миллиарда лет. Называется "Земля". Просто наши попытки немного уменьшить его пока увенчались переменным успехом.
Деревья растут, улавливая углерод. В природе другие деревья горят или умирают и разлагаются, выделяя углерод. Без какого-либо эквивалента последних процессов ваше дерево снизит уровень CO2 до низкого уровня. Я не знаю, что происходит с растениями в этом случае.
@Cornelis: немного отредактировал заголовок и текст, чтобы решить вашу проблему: я действительно думаю, что вопрос очень актуален для исследования космоса, потому что (например) растения должны играть значительную роль в производстве кислорода и извлечении CO2 для любые будущие марсианские поселения (см. вот этот дизайн , например).
Правильно, я просто подумал, что ваш вопрос лучше подходит для Biology SE. Чтобы ответить на него, не нужно никаких знаний в области освоения космоса или планетологии.
@alephzero: большое спасибо за ваш ответ: и из любопытства, сколько людей может поддерживать дуб или бук во время «сезона листьев», то есть когда у них есть листья?

Ответы (2)

Это делается с биосферой 2 и несколькими подобными проектами , и оказалось, что это очень сложно. В частности, в небольшой герметичной системе существует небольшая буферизация или инерция, если один элемент вырабатывается в избытке или недостаточно, или просто имеет сезонные изменения, поэтому отмирания трудно избежать.

По этой причине растения на МКС и в предлагаемых будущих проектах, как правило, имеют некоторую собственную форму жизнеобеспечения, чтобы поддерживать их оптимальное здоровье, при этом эта механическая/химическая система жизнеобеспечения буферизует изменения производительности.

Деревья являются неоптимальным выбором в качестве средств жизнеобеспечения с точки зрения CO2, перерабатываемого на единицу массы ( без источника «семь или восемь деревьев на человека») с такими системами, как MELiSSA , использующими водоросли и «травы» (рис / пшеница) вместе с обогреваемой реакционной камерой. и слой обработки бактериальным азотом для уменьшения занимаемой площади и улучшения контроля. Водоросли и бактерии гораздо лучше реагируют на замедление или ускорение, поскольку люди и другие элементы изменяют производство, чем деревья.

Биосфера 2 не совсем работала, как планировалось. Другими словами, это был провал.
Спасибо, GremlinWranger, отличный ответ!
@ДэвидХаммен. Первая миссия собрала достаточно данных, чтобы вторая могла быть успешной, за исключением того, что у нас не может быть хороших вещей.
@DavidHammen Я не уверен, что у тебя просто был плохой день. Я уверен, вы знаете, что научные разработки и исследования довольно часто не работают так, как планировалось, но это не значит, что они потерпели неудачу — они все еще могут предоставить массу полезных данных и помочь нам двигаться вперед. Я боюсь, что ваш комментарий просто выглядит немного сварливым и невежественным (что, прочитав ваши предыдущие ответы и вопросы, я вижу, что вы им не являетесь).
@LioElbammalf Я с Дэвидом Хамменом, возможно, потому, что я достаточно взрослый, чтобы наблюдать за крушением поезда, которое было финансовой частью Bio 2, как это произошло, и удалил части моего ответа о том, что он «успешно отделяет людей от их денег». ' как не относящийся к вопросу. Конечно, наука немного заблудилась в погоне за 100% эффективностью и пиаром (о недоедании человека мы уже знаем очень много).
@LioElbammalf Первая из двух экспедиций Биосферы 2 столкнулась с несколькими серьезными проблемами. Уровень кислорода в конечном итоге упал с 20% до 14%. Это было эквивалентно жизни на вершине горы высотой 13000 футов. Люди внутри сильно похудели, отчасти из-за пониженного уровня кислорода, а отчасти потому, что ограниченное количество пищи, которую они выращивали, привело к тому, что они оказались на диете, близкой к голодной. В конце концов пища и кислород были ввезены контрабандой. Еще одной проблемой была динамика небольших изолированных групп. Людей, которые служат на подводных лодках или на МКС, тщательно проверяют на психологические проблемы. Биосфера 2 этого не сделала.
Вторая экспедиция была еще более беспорядочной, отчасти благодаря действиям тогдашнего исполняющего обязанности генерального директора Стива Бэннона. ( Да, это Стив Бэннон .) Неудача — это краткое изложение «Биосферы 2» одним словом. Краткое изложение из двух слов — «горячий беспорядок».
Да, это имеет смысл; цветение водорослей может происходить быстро в ответ на изменение условий. Рост новых лесов происходит намного медленнее.

Земные наземные растения не являются достаточными производителями запасного кислорода. Морские бактерии, водоросли производят большую часть свободного кислорода Земли. Наземные растения производят едва различимую долю. Так мембранные биореакторы с выращиванием водорослей производят достаточно доступного кислорода.

ранние эксперименты с BIOS-1 показали, что взрослый мужчина может производить весь кислород. Вам потребуется около 20 килограммов воды и водорослей на одного человека. Однако для этого потребуется достаточное количество солнечного света, поэтому его необходимо будет распределить по площади поверхности 8 квадратных метров, что составляет около 90 квадратных футов.

Самодостаточная герметичная система: люди и растения
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v