Wie effizient wäre es für einen Außenposten, von Menschen angetriebene Fahrzeuge einzusetzen?

Von Menschen angetriebene Fahrzeuge, die in Kuppel- oder Höhlenstädten eingesetzt werden, scheinen äußerst plausibel zu sein. Man kann es so betrachten, dass ein einfaches Fahrrad weniger komplex ist als ein angetriebenes Fahrzeug. Die Energiequelle (auch bekannt als Mensch) ist äußerst komplex und wartungsintensiv, aber da wir bereits einen funktionierenden Menschen haben und diesen Menschen an einen anderen Ort bringen möchten, ist ein Fahrrad oder Roller eine gute Möglichkeit, dies zu minimalen Kosten zu tun. Natürlich muss die Stadt groß genug sein, um nicht einfach nur zu Fuß zu gehen. Menschen brauchen immer etwas Bewegung, und so kann innerhalb eines Biodomes die Verwendung eines von Menschen angetriebenen Fahrzeugs zu einigen der Bewegungsanforderungen eines Menschen beitragen. Insofern ist es kostenlos.

Außerhalb einer künstlichen Biosphäre, im harten Vakuum des Weltraums oder unter einer dünnen Atmosphäre stoßen wir auf weitere Probleme. Wenn alle Dinge gleich sind, würde ein Lebenserhaltungssystem einen Menschen in einem angetriebenen Fahrzeug viel länger am Leben erhalten als ein von Menschen angetriebenes Fahrzeug.

Ich hatte ein wenig Mühe, genaue Zahlen zu finden, aber hier ist eine Studie, die zeigt, wie viel ein erwachsener Mensch pro Minute atmet:

Ein Mensch, der einfach in einem Fahrzeug sitzt, atmet 9-10 l/Minute, während er bei etwas anstrengender körperlicher Betätigung mindestens 30 l/Minute atmet. Lebenserhaltungssysteme müssen mindestens dreimal härter arbeiten – bis zu sechsmal härter. Das bedeutet, dass jede Minute, die man mit dem Fahrrad verbringt, eine Minute weniger Arbeit wäre, die erledigt werden könnte - oder 2-5 Minuten weniger Arbeit, wenn die Arbeit hauptsächlich aus Stehen besteht. Oder wenn Sie irgendwo unterwegs sind, wird die maximale Reichweite halbiert oder schlechter.

Es gibt eine offensichtliche Lösung – das Lebenserhaltungssystem vergrößern. Dies hat ein ebenso offensichtliches Problem – der Mensch muss das Lebenserhaltungssystem aus eigener Kraft tragen und somit noch härter arbeiten.

Ich denke, wir haben festgestellt, dass Menschen viel schwieriger zu warten sind, wenn sie einmal schnaufen und schnaufen, abgesehen vom Sauerstoffproblem. Die Frage ist, wie ist die Effizienz im Vergleich zu Elektromotoren? Auch hier war es nicht ganz einfach, klare Antworten zu finden, aber man könnte sich diesen Artikel ansehen: http://physics.ucsd.edu/do-the-math/2011/11/mpg-of-a-human/

Dieser Artikel und andere Quellen behaupten, dass ein Mensch etwa 25 % effizient darin ist, Nahrungsenergie in kinetische Energie umzuwandeln (z. B. auf einem Fahrrad). Dies ist ungünstig im Vergleich zu einem Verbrennungsmotor mit einem Wirkungsgrad von etwa 40 % und sehr ungünstig zu einem Elektromotor mit einem Wirkungsgrad von etwa 90 %. In diesem Fall wird die verlorene Energie zu Wärme. Ein Mensch, der 250 Watt Leistung abgibt, erzeugt auch 750 Watt Wärme. Ein Elektromotor würde etwa 30 Watt Wärme erzeugen. Unglücklicherweise für den Menschen ist all diese Abwärme etwas, das die Lebenserhaltung durch Heizkörper (schwer) und/oder aktive Kühlung (energieintensiv) loswerden muss.

Schauen wir uns nun das Laden des Akkus an. Sonnenkollektoren haben einen Wirkungsgrad von etwa 30 % bei der Umwandlung von Sonnenlicht in Strom - er kann höher oder niedriger sein, aber 30 % sind ein fairer Durchschnitt, wenn man davon ausgeht, dass die Umgebung nahezu ein Vakuum ist. Das Aufladen von Batterien kann äußerst effizient sein – 80-90 % für Lithiumbatterien. So werden 30 % x 90 % x 90 % = 24 % des eingefangenen Sonnenlichts zu mechanischer Energie, die den Motor antreibt.

Und schauen wir uns an, wie man den Menschen auflädt. Der Wikipedia-Artikel zur photosynthetischen Effizienz ist ziemlich gut. Zusammenfassend haben die meisten Nutzpflanzen eine Effizienz von 0,25-0,5 % bei der Erzeugung von Nahrungsenergie. Das würde dem Menschen einen miserablen Wirkungsgrad von 0,5 % * 25 % = 0,125 % geben. Selbst mit wirklich effizienten Algen oder ähnlichem hätten wir immer noch Probleme, die 5% Effizienz zu brechen.

Es sieht wirklich schlecht für den Menschen aus, aber um die Verletzung noch schlimmer zu machen, können die Sonnenkollektoren einfach draußen im harten Vakuum aufgestellt werden. Die Pflanzen brauchen ein eigenes Lebenserhaltungssystem, Wasser, Atmosphäre, Temperatur, Dünger – all diese Dinge müssen reguliert werden.

TL;DR Ein von Menschen angetriebenes Fahrzeug ist weitaus weniger effizient als ein Elektrofahrzeug: Vom Sonnenlicht bis zur kinetischen Energie, nur etwa 1% so effizient. Von Menschen angetriebene Fahrzeuge könnten innerhalb eines Biodomes gerechtfertigt sein, da Menschen ohnehin Bewegung brauchen. Aber in einem Vakuum oder einer feindlichen Atmosphäre würden die übermäßigen Lebenserhaltungsanforderungen für einen Menschen, der anstrengende Übungen macht, von Menschen angetriebene Fahrzeuge viel weniger praktisch machen als Elektrofahrzeuge.