Kubikmeter Marsgewächshaus erforderlich

Diese Forschung, an der ich beteiligt war, kann helfen, Ihre Frage zu beantworten. Das unten skizzierte Projekt verwendete Algen, die eine Art Pflanze sind, in einem Bioreaktor. Die Forschung befasste sich mit der Produktion von Sauerstoff, nicht von Nahrung. Das Designziel bestand darin, das CO2 einer Person in O2 zu recyceln, wobei das C wieder in Kohlenhydrate und andere Biomoleküle umgewandelt wird.

Die Studie verwendete Chlorella vulgaris-Algen zur Erzeugung von medizinischem Sauerstoff unter Verwendung von Solarenergie in netzunabhängigen medizinischen Einrichtungen.

Fazit: Pro Person wird ein Kubikmeter (eine Tonne) Nährmedium benötigt. Die Masse der Algen selbst ist im Vergleich zum Nährmedium unbedeutend.

Licht ist giftig für die photosynthetischen Enzyme in Algen. Sonnenlicht muss entweder gedämpft oder intermittierend sein. Die Lichtintensität nimmt beim Durchgang durch das Medium ab. Wenn Sie versuchen, die Masse des Mediums zu minimieren, müssen Sie eine LED-Lichtquelle (und die dazugehörigen Sonnenkollektoren) anstelle von direktem Sonnenlicht verwenden.

Die Algen selbst dämpfen das Licht, sodass entweder die Algendichte gering sein muss (viel Medium) oder die LEDs dicht beieinander sein müssen (viele LEDs).

Algen sind nicht sehr effizient darin, Licht in O2 umzuwandeln. Dafür hat die Evolution sie nicht ausgewählt. Insgesamt sind sie zu 12 % energieeffizient bei der Trennung von CO2 in O2 und Kohlenhydrate. Der Bioreaktorprozess ist energieintensiv und wird daher zu einer großen Energielast auf einem Raumfahrzeug oder einer marsbasierten Anlage.

Der Bioreaktor muss gemischt werden, aber sehr vorsichtig, da die Algen zerbrechlich sind. Auf der Erde geschieht dies normalerweise mit Blasen, die durch das Medium aufsteigen, aber die Blasengröße muss kontrolliert werden, um Scherkräfte auf die Algen zu verhindern. In der Mikrogravitation ist Blasenmischen nicht verfügbar. Das Mischen des Kubikmeters Medium in kleinen Passagen ist ein nicht triviales Problem. Auf dem Mars würden Blasen gut funktionieren. Nicht so bei einem Raumfahrzeug.

Das Trennen von O2-Blasen vom Medium ist einfach, wenn die Schwerkraft wie auf dem Mars vorhanden ist. Wieder einmal nicht auf einem Raumfahrzeug.

Eine hohe O2-Produktivität hängt davon ab, die Algen durch Regulierung von Dichte, Lichtintensität und Nährstoffgehalt auf einem bestimmten Punkt ihrer Wachstumskurve zu halten. Der Bioreaktor erfordert Aufmerksamkeit, Wartung und Problemlösung. Der Mars-Astronaut wird Bauer.

Der Bioreaktor produziert eine große Menge grüner Schmiere und verbraucht beträchtliche Mengen an Elektrolytnährstoffen. Theoretisch könnte ein geschlossener Kreislauf konstruiert werden, in dem Mars-Astronauten in den Bioreaktor kacken und die Schmiere essen könnten. Vielleicht möchten Sie das zuerst an ihnen vorbeiführen.

Endeffekt:

• Algenmasse und Medium: 1 Tonne pro Person

• Größe des Behälters: 1 Kubikmeter (innerhalb des temperaturgeregelten
  Druckkörpers der Marskolonie).

• Masse des Sicherheitsbehälters, der Sonnenkollektoren, der Beleuchtung, des Volumens des Druckkörpers und
  der Kontrollsysteme: 1 Tonne pro Person

Sie sehen also (in sehr runden Zahlen) 2 Tonnen pro Person für den Bioreaktor.

Laut NASA verbraucht jede Person an Bord der ISS 0,84 kg O2 pro Tag. 2 Tonnen O2 pro Person würden bei dieser Rate 6,5 Jahre reichen. Aus Sicht des Massenbudgets ist es sinnvoller, O2-Abdampf aus Treibstofftanks zu verwenden, als einen Bioreaktor für interplanetare Reisen oder Marskolonien mitzunehmen. Abkochen wäre auch viel zuverlässiger.

Bioreaktoren sind also für die O2-Produktion auf dem Mars nicht sinnvoll. Vielleicht machen sie Sinn, um essbare grüne Gänsehaut herzustellen.