Zunächst einmal ist die Prämisse etwas daneben. Ungefähr 70 % der Sauerstofferzeugung auf der Erde wird durch Plankton in den Ozeanen geleistet, so dass eine Fäulnis, die Landpflanzen tötet, in Bezug auf die O2-Produktion etwas unpraktisch sein wird, das eigentliche Problem in diesem Fall ist, dass die Menschen ziemlich hungrig werden ziemlich schnell mit der Zerstörung der terrestrischen Nahrungskette.

Ich werde jedoch so tun, als hätte ich die Frage nicht vollständig gelesen und nur "bla, bla, bla, die O2-Produktion nimmt rapide ab", was zu dieser Antwort führt.

Das Thema Sauerstoffmangel wird erst dann wirklich zu einem lebenslangen Problem, wenn der Wert deutlich unter das derzeitige Niveau von 20 % sinkt. Außergewöhnlich konditionierte Menschen können tatsächlich ohne zusätzlichen Sauerstoff auf den Gipfel des Mount Everest steigen (obwohl ich dies der überwiegenden Mehrheit der Menschen sicherlich nicht empfehlen würde), und große Bevölkerungsgruppen leben in großen Höhen an so unterschiedlichen Orten wie Bolivien oder Nepal, wo der Partialdruck herrscht ist niedriger (der tatsächliche Sauerstoffanteil beträgt immer noch 20 %, es ist nur die Luft ist so viel dünner. Wenn Sie den Gipfel des Everest erreichen, ist es, als hätten Sie 33 % weniger O2 pro Atemzug ....) . Wenn Sie dies auf Ihr fiktives Szenario übertragen, würde dies darauf hindeuten, dass wir nicht in Schwierigkeiten geraten würden, bis der Sauerstoffanteil in der Atmosphäre um 6 % (von 20 % auf @ 14 %) reduziert ist.

Auch bei niedrigerem Partialdruck kommen Sie noch zurecht, solange Sie die O2-Zufuhr ergänzen. Das Mitführen von O2 in Flaschen ist die aktuelle Lösung, funktioniert aber nur für begrenzte Zeit. Um Ihre Atemsauerstoffaufnahme zu ergänzen, würde ich einen Zeolithfilter mit inneren Poren vorschlagen, die so bemessen sind, dass sie den freien Fluss von Sauerstoffmolekülen ermöglichen, aber andere, größere Moleküle wie CO2 oder Stickstoff zurückweisen.

Da das Ziehen von Luft durch einen Filter Energie erfordert und ein superfeiner Filter, der so bemessen ist, dass er molekulare Spezies diskriminiert, erheblich mehr Energie benötigt, als einfach hart gegen den Filter zu atmen. Sie benötigen einen kleinen Elektromotor, um einen Kompressor anzutreiben, um Luft durch den Filter zu drücken (oder genug Sog zu erzeugen, um Luft durch den Zeolith zu ziehen) und von dort in eine Gesichtsmaske, durch die Sie atmen können.

Der Kanister, der das Gerät enthält, kann klein genug sein, um in einen Rucksack zu passen (mit Solarzellen auf der Rückseite und einem Batterie-Backup für Nächte und Regenwetter) und benötigt einen Lufteinlass und eine Auslassöffnung, um die sauerstoffarme Luft auszustoßen und eine Art Luftschlauch, um es mit der Gesichtsmaske zu verbinden. Wie der Szenenbildner das macht, ist ihm überlassen, aber das sollte eigentlich nicht wirklich groß oder schwer sein und würde meistens in einem Rucksack sein, damit alles geschützt ist, das Gewicht auf dem Körper zentriert ist und die Solarzellen relativ frei haben Exposition gegenüber der Sonne. Ein Feuerwehrluftpaket könnte ein geeignetes Modell sein, wobei der Tank durch das Gerät ersetzt wird.

Sagen Sie uns Bescheid, wenn die Produktion beginnt.....

Menschen können mit relativ niedrigen Sauerstoffwerten umgehen, aber ein erhöhter CO2-Gehalt ist besorgniserregend. Auf Raumstationen sind Schwankungen des O2-Gehalts Routine, aber Schwankungen des CO2-Gehalts wären eine Notfallsituation, da dies auf den Ausfall des CO2-Wäschesystems hindeuten würde.

Das vorindustrielle CO2 lag bei etwa 280 ppm und jetzt bei etwa 400 ppm (mit erheblichen lokalen und saisonalen Schwankungen). Bei über 1000 ppm beginnt der erhöhte CO2-Gehalt den Gasaustausch in unserer Lunge zu stören, und wir werden schnell müde. Über 2000ppm und Sie werden krank. 5000 ppm ist die Arbeitsplatzgrenze, obwohl empfindlichen Personen bis dahin bereits schläfrig und übel werden kann. 40000 ppm (4 %) ist ein Wert, der zu Hirnschäden und Tod führen würde. Quelle

Bei diesen erhöhten Niveaus wird das Treibhaussystem der Erde verrückt spielen, es würde eine signifikante Erwärmung geben.

CO2 kann aus der Luft entfernt werden, indem man es durch eine Alkalilösung perlen lässt, zum Beispiel Kalkwasser (eine Lösung aus Calciumhydroxid), leider erfordert der Produktionsprozess für Kalkwasser große Mengen an Energie und erzeugt noch größere Mengen an CO2.

Erhöhtes CO2 ist nicht schön, aber in Ihrem Szenario wäre meine erste Sorge der Zusammenbruch des Nahrungskreislaufs. Ohne Ernte werden die Menschen sehr schnell hungrig.

Wie niedrig muss der Sauerstoffgehalt sein?

Altitude.org hat viele Informationen über den Sauerstoffgehalt im Blutkreislauf in verschiedenen Höhen. Erstens zeigt diese Seite mit Diagrammen die Auswirkungen von 4000 m Höhe. 4000 m sind von Bedeutung, da dies ungefähr der höchste Wert ist, auf dem Menschen regelmäßig leben. Oberhalb von 4000 m gibt es nur sehr wenige dauerhafte Siedlungen.

Der Sauerstoffpartialdruck auf Meereshöhe beträgt etwa 21 kPa, was dem Sauerstoffgehalt von 20 % in der Luft entspricht (da der Luftdruck etwa 101 kPa beträgt). Auf 4000 m beträgt der Sauerstoffpartialdruck 13 kPa, was bedeutet, dass Sie bei jedem Atemzug auf Meereshöhe nur etwa 60 % so viel Sauerstoff einatmen.

Diese zweite Seite zeigt die Hämoglobinsättigung aufgetragen gegen den Sauerstoffpartialdruck. Bei etwa 13 kPa Partialdruck beträgt die Sauerstoffsättigung noch etwa 100 %. Auf 8848 m (Höhe des Everest) ist der Sauerstoffpartialdruck auf etwa 6,5 ​​kPa gesunken. Betrachtet man die Hämoglobinsättigungskurve, so ist die Hämoglobinsättigung um etwa 80 Prozent gesunken. Ich würde eine permanente ganzjährige Sauerstoffversorgung von 6,5 kPA als tödlich oder nahe daran für den Großteil der menschlichen Bevölkerung ansehen.

Wie erkläre ich dein Problem

Die Form der Hämoglobinsättigungskurve legt eine Lösung nahe. Wenn der Sauerstoffgehalt in den Teil der Kurve um den Bereich von 4–6 kPa gelangt, würden die meisten Menschen auf der Erde sterben. Das bedeutet jedoch, dass Sie nur sehr wenig zusätzlichen Sauerstoff benötigen, um eine signifikante Verbesserung Ihrer Gesundheit herbeizuführen.

Nehmen wir an, dass der Sauerstoffpartialdruck in Ihrer erschöpften Erde 5 kPa beträgt. Da der Stickstoffpartialdruck konstant bei etwa 80 kPa bleiben würde und Stickstoff und Sauerstoff etwa gleich große Moleküle sind, enthält die Luft ungefähr 60.000 ppm Sauerstoff. Nehmen wir an, Sie möchten 10 kPa Sauerstoffpartialdruck, um Menschen zum Überleben zu bewegen. das entspricht etwa 110.000 ppm Sauerstoff.

Jetzt kommt die Mathematik. Das Tidalvolumen einer Person (die bei jedem Atemzug aufgenommene Luftmenge) beträgt etwa 0,5 Liter. Um die Sauerstoffkonzentration bei jedem Atemzug von 5 kPa auf 10 kPa zu erhöhen, sind also 0,5 × (0,11 - 0,06) = 25 ml Sauerstoff für jeden Atemzug erforderlich . Sie nehmen 14 Atemzüge pro Minute, also 0,35 l pro Minute. Sauerstoff hat eine Dichte von 1,49 g/L; Sie brauchen also jetzt 0,5 Gramm Sauerstoff, um eine Minute lang zu atmen.

12-Gramm-CO₂-Patronen kosten etwa 50 Cent pro Stück ; ziemlich billig. Sie sind auch klein und leicht. Eines davon, gefüllt mit Sauerstoff, reicht nach obiger Berechnung für 24 Minuten zum Atmen.

Lösung

Eine einfache Atemmaske, nicht gasdicht, aber mit einem Ventil ausgestattet, das bei jedem Atemzug eine kleine Menge Sauerstoff freisetzt, mit drei eingesteckten 12-g-Patronen, wäre leicht (könnte weniger als 1 lb betragen) und reicht aus Sauerstoff für etwa eine Stunde. Eine Tauchflasche hat etwa 2180 Liter Druckluft und würde somit etwa 100 Stunden Sauerstoff mit der erforderlichen Rate liefern.

Aufgrund der Art und Weise, wie die Hämoglobin-Sättigungskurve geformt ist, kann ein kleiner Sauerstoffanstieg einen großen Unterschied zwischen Überleben und Tod ausmachen. Wenn sich der weltweite Sauerstoffgehalt in einem der steilsten Teile der Kurve befindet, kann eine sehr bescheidene Sauerstoffversorgung einen großen Unterschied machen.

Leider...

Das wird immer noch nicht funktionieren. Wenn Sie populäre Science-Fiction (oder eine Fernsehsendung) schreiben, ist es wahrscheinlich in Ordnung, die unbequemen Wahrheiten mit der Hand zu winken, aber das grundlegende Problem ist: Wohin geht der Sauerstoff? Wenn Sie den Sauerstoffpartialdruck von 21 kPa auf 5 kPa senken möchten, müssen Sie etwa entfernen$7.5\times10^{17}$Kilogramm Sauerstoff. Das ist viel.

Es gibt im Grunde keinen denkbaren Stoffwechselprozess für Ihre sauerstofffressenden Mikroben, der Sauerstoff nicht in Kohlendioxid umwandelt. Das einzige andere mögliche Molekül, das wahrscheinlich so viel Sauerstoff aufnimmt, ist Wasser. Leider braucht Wasser Wasserstoff, um es herzustellen, also braucht man etwas mit Tonnen von Wasserstoff und ohne Kohlenstoff (sonst bildet sich Kohlendioxid), um viel Sauerstoff in Wasser umzuwandeln.

Mir fällt eine Substanz ein, die weit verbreitet ist und ins Bild passt: Ammoniak. So großartig! Diese Mikroben reagieren mit Ammoniak und Sauerstoff, um Wasser (und Lachgas) und Energie zu erzeugen! Nur dass es auf der Erde einfach nicht so viel Ammoniak gibt. Wenn wir der Erde so viel Ammoniak hinzufügen würden, würde das einen Kometen aus festem Ammoniak mit einem Durchmesser von etwa 50 km darstellen. Da der Dino-tötende Asteroid etwa 10 km entfernt war, wird das Hinzufügen von 50 km Ammoniak viel mehr Probleme verursachen als Sauerstoffmangel, wie z. B. das Verdampfen der Ozeane.

Die einzige Möglichkeit, Sauerstoff loszuwerden, besteht also darin, ihn in Kohlendioxid umzuwandeln. Aber wenn wir ungefähr 3/4 des Sauerstoffs der Erde in Kohlendioxid umwandeln, dann besteht die Atmosphäre jetzt zu 15 % aus CO₂ (oder 150.000 ppm). Dies ist ein Problem, weil a. Mir fallen keine Tiere ein, die größer als Bakterien sind und nicht an einer Kohlendioxidvergiftung sterben, und b. Wenn Sie glauben, dass die globale Erwärmung bei den derzeitigen 400 ppm schlecht ist, warten Sie, bis Sie 150.000 ppm sehen.

Ich kann mir keine Lösung für Ihr Problem „Sauerstoff entfernen, ohne das Leben auf der Erde auszulöschen“ vorstellen, aber wenn ich es tue, werde ich es Sie wissen lassen.

Respirozyten und Sauerstoffkammern

Respirozyten sind hypothetische, mikroskopisch kleine, künstliche rote Blutkörperchen, die die Funktion ihrer organischen Gegenstücke nachahmen sollen, um die Funktion eines Großteils des normalen Atmungssystems des menschlichen Körpers zu ergänzen oder zu ersetzen. Respirozyten wurden 1998 von Robert A. Freitas Jr. in seinem Artikel „A Mechanical Artificial Red Blood Cell: Exploratory Design in Medical Nanotechnology“ vorgeschlagen .

In Freitas' Vorschlag könnte jeder Respirozyten 236-mal mehr Sauerstoff speichern und transportieren als ein natürliches rotes Blutkörperchen und ihn kontrollierter freisetzen.

Solche Respirozyten würden es einem erwachsenen Menschen ermöglichen, mindestens 15 Minuten lang mit Höchstgeschwindigkeit zu sprinten, ohne Luft zu holen.

Sauerstoffkammern (Nachfüllumgebungen)

Mit den Respirozyten können Menschen also viel länger in einer sauerstoffarmen Umgebung überleben, als sie es sonst könnten. Um ihre Respirozyten wieder aufzufüllen, könnten Menschen die sauerstoffproduzierenden Eigenschaften von Algen nutzen , um Schlaf- und Arbeitsbereiche mit reichlich Sauerstoff zu füllen. Das überschüssige CO2 könnte den Algen zugeführt und der entstehende Sauerstoff durch die Anlagen gepumpt werden. Sobald die Respirozyten der Patienten gefüllt sind, können sie wieder in sauerstoffarme Bereiche gehen.

Implementieren Sie neue gentechnisch veränderte menschliche Organe

Bei dieser Idee werden gentechnisch zwei neue Organe für den menschlichen Gebrauch entwickelt. Das eine ist ein sauerstoffproduzierendes Organ und das andere ein Kohlendioxid entfernendes Organ.

Je nachdem, welches Gefühl Ihre Show haben soll, können Sie entweder menschliche DNA genetisch manipulieren, um diese Organe von Geburt an zu produzieren, genau wie alle anderen Organe. Dieser neue Stamm menschlicher DNA könnte Menschen über ein Retrovirus zugeführt werden . Dieses Szenario könnte der menschlichen Gesellschaft ein Gefühl extremer Beherrschung der Wissenschaft vermitteln und damit eine Art „menschliche Größe“-Thema für die Show setzen.

Wenn Sie jedoch ein verzweifelteres, dystopischeres Gefühl für die Show wünschen, können Sie diese Organe einfach in Labors züchten oder drucken lassen und bei der Geburt chirurgisch in Menschen einsetzen. Dies verleiht unserem Verständnis von Wissenschaft ein weniger meisterhaftes Gefühl. Bonus: Dieses Szenario könnte auch zu viel Drama führen, das sich um Besitzende/Habennichtse dreht (die sich die Operation/Organe leisten können), Babys, die dort geboren werden, wo Organimplantate nicht einfach oder erschwinglich sind, verzweifelte „Gegen die Uhr“-Szenarien die Organe rechtzeitig operiert werden usw. Es appelliert auch an die demografische "medizinische Krise".

Das sauerstoffproduzierende Organ

Menschliche Haarfollikel produzieren bereits auf natürliche Weise Wasserstoffperoxid . Entwickeln Sie also genetisch ein neues Organ aus Haarfollikeln, das eine große Menge Wasserstoffperoxid produziert. Dieses Wasserstoffperoxid kann dann in diesem Organ unter Freisetzung von Sauerstoff abgebaut werden. Der Sauerstoff kann dann in den Blutkreislauf integriert werden.

Blutdoping

Vielleicht könnte Blutdoping von allen verwendet werden, damit sie immer mehr Sauerstoff in ihrem Blutkreislauf haben und dadurch weniger anfällig für Sauerstoffmangel bei täglichen Aktivitäten sind.

Das Kohlendioxid-Wäscheorgan

Vielleicht kann eine menschliche Zelle gentechnisch so verändert werden, dass sie Kohlendioxid absorbierende Amine produziert . Dieses Organ sollte so aufgebaut sein, dass das Blut direkt neben den Aminen fließt, damit das CO2 durch die Blutgefäßwände aufgenommen wird. Sobald die Amine mit CO2 gesättigt sind, können sie über die normalen Ausscheidungsmethoden (Urin oder Kot) ausgeschieden werden.

Haftungsausschluss

Versuchen Sie dies nicht zu Hause, es sei denn, mehrere Wissenschaftler sind anwesend. Ich bin kein Genetiker, aber ich spiele hier bei Worldbuilding einen . Also, der harte wissenschaftliche Teil davon braucht vielleicht etwas Feinarbeit, aber vielleicht kann es besser von jemandem plausifiziert werden, der mehr wissenschaftliches Zeug versteht als ich. Viel Glück mit Ihrer Show!

Lesen Sie die Meister.

1980 griff der große Hard-SF-Autor Hal Clement genau dieses Thema in The Nitrogen Fix auf .

Die Geschichte spielt weit nach der Katastrophe und lässt Menschen bestimmte Geräte und Verfahren anwenden, um zu überleben. Später erklären sie detaillierter, wie diese als Notanreiz entwickelt wurden, um das Aussterben zu verhindern, als die Zivilisation unterging.

Soweit ich mich erinnere (es ist schon viele Jahre her), hatten sie auf Biotechnologie basierende Verschnaufpausen. Die Sauerstofftanks sind mit Gewebe gefüllt, das selbst von der primitiveren Gesellschaft gezüchtet werden kann, die die meiste Technologie verloren hat. Es verhält sich wie unsere roten Blutkörperchen, indem es Sauerstoff aus der Luft aufnimmt, wenn die Konzentration über einem Schwellenwert liegt, und ihn freisetzt, wenn die umgebende Konzentration unter einem niedrigeren Schwellenwert liegt.

Wenn sie „drinnen“ sind, müssen sie nur noch die Tanks aufhängen und sie laden sich selbst auf.

In den letzten Jahren habe ich Berichte über Materialien gesehen, die große Mengen Sauerstoff absorbieren. Jede Art würde eine sichere, kompakte Aufbewahrung bieten, aber das Zwei-Schwellen-Ding macht es einfach , es einfach zu verwenden, ohne Atemregler, ein komplexes Rückatemgerät und Konzentratoren zum Aufladen.

Hal (eigentlich Harry) hatte auch eine gute Erklärung für den Sauerstoffmangel, der sich im Laufe des Romans herausstellte. Es brach nicht die Hard-SF-Stimmung oder wirkte einfach nur dumm wie so viel Fernsehen und war in der Geschichte glaubwürdig. Aber es ging nicht darauf ein, wie viel Energie es kosten würde, wie viel Energie freigesetzt würde und wie viel Zeit es dauern würde. Die Idee des „Stoffwechsels“ wurde vage genug gehalten, um diesen Fragen auszuweichen, bleibt aber dennoch weit entfernt von Dingen, von denen sachkundige SF-Fans „wissen“ würden, dass sie Unsinn sind.

Ich schlage vor, dass sie eine solarbetriebene Elektrolyse verwenden, um die Wasserstoff- und Sauerstoffmoleküle im Wasser auseinander zu brechen, um freien Sauerstoff zu erzeugen. Der produzierte Wasserstoff kann dann als Kraftstoff verwendet werden.

Wo ist der ganze Sauerstoff hin?

Kinglidion brachte einen Punkt zur Sprache, in dem er sich fragte, wie man den gesamten Sauerstoff loswerden könne, ohne das Kohlendioxid in der Atmosphäre gefährlich zu erhöhen. Hier sind also einige alternative Sauerstoffverlustszenarien:

1. Aufteilen von Ressourcen: Unternehmen beginnen mit der Kolonisierung außerhalb der Welt (entweder auf Planeten, Monden oder Raumstationen) und sie müssen ihren Atemsauerstoff von irgendwoher beziehen. Vielleicht stehen sie vor einem drastischen Problem: Die Erde stirbt, also müssen wir anderswo einen lebensfähigen Lebensraum schaffen, also müssen Menschen an allen Orten (Kolonien außerhalb der Welt und auf der Erde) den Sauerstoff teilen, wodurch einem oder mehreren Orten Sauerstoff entzogen bleibt . Bonus: Dies könnte zu einem Drama darüber führen, wer mehr Sauerstoff benötigt, wie man rechtfertigt, wer ihn bekommt, werden wir ausgehen, wenn zu viele Kolonien außerhalb der Welt sterben und ihren Sauerstoff verlieren usw. Vielleicht ist es auch aus irgendeinem Grund nicht kosteneffektiv oder effizient genug, um Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff zu spalten.

2. Diebstahl: Menschen fangen an, Sauerstoff für ihre eigenen Kolonien zu stehlen. Vielleicht beschließt eine wohlhabende Kolonie, so viel Sauerstoff wie möglich von der Erde zu nehmen. Vielleicht nimmt sich eine Gruppe hartgesottener Schläger mehr für ihren Lebensraum. Es könnte sogar ein Schwarzmarkt entstehen, der sich auf Sauerstoffdiebstahl und -schmuggel spezialisiert. Bonus: Appell an die Demografie der Krimiserie.

3. Weggerissen: Ein riesiger Meteor fliegt direkt durch die Erdatmosphäre, verfehlt den Boden, reißt aber einen riesigen Teil unserer Atmosphäre weg und lässt uns gerade genug zum Überleben zurück. Vielleicht passieren viele Meteore eines Meteoritenschauers einmal, oder vielleicht reißen viele Meteore mehrmals während der Show die Atmosphäre weg. Bonus: Drama darum, wann der nächste verheerende Riss sein wird und wie viel mehr Sauerstoff dieses Mal verloren geht ?

4. Alle oben genannten: Oh Junge, sind die Leute jetzt in Schwierigkeiten! Jedes Worst-Case-Szenario ist eingetreten, und jetzt senkt sich das Drama aus allen Blickwinkeln auf jede verfügbare Bevölkerungsgruppe!

Wie wäre es mit gentechnisch veränderten Menschen, die anaerobe statt aerobe Atmung verwenden? Sie könnten Ethanol statt Wasser aus der aeroben Atmung schwitzen. Die für die Mitrochodira (Zellenbatterie) gewonnene ATP-Energie wäre jedoch viel geringer. Ich könnte daher die Photosynthese neben der anaeroben Atmung vorschlagen. Sie könnten genetisch mit Chloroplasten verändert werden, die durch eine symbiotische Beziehung in ihrer Haut leben. Das Schöne an dem Photosynthese-Bit ist, dass Sauerstoff wieder in die Atmosphäre gebracht werden konnte!

Bioreaktor

Stellen Sie einen Tank voller Grünalgen in die Sonne und blasen Sie CO2-beladene Luft hindurch und lassen Sie die Algen es wieder in köstliches, köstliches O2 für Sie umwandeln. Sie benötigen eine Methode, um zu verhindern, dass die Mikrobe Ihren Tank infiziert, aber das sollte nicht zu schwierig sein. Sie benötigen auch eine Stromversorgung. Eine Forschungsarbeit der US Navy aus dem Jahr 1970 schätzte, dass "ungefähr 2 ft^3 [Anzuchtmedium/Kultur] und 30 kW erforderlich wären, um den Sauerstoffbedarf eines Mannes zu decken". Nun, 30 kW sind viel Leistung , aber das ist die Verwendung von Technologie aus den 1970er Jahren – dh eine große Glühbirne. Hier ist ein Artikel von 1994die die Verwendung von LEDs untersucht, um dasselbe zu tun. Ihr Endergebnis ergab 10 mmol O2 pro Liter Kultur pro Stunde. Was mehr oder weniger ungefähr die Hälfte dessen ausmacht, was die Feds 1970 bekamen, aber einen winzigen Bruchteil der Energie verbraucht.

Der Nachteil eines Bioreaktors ist, dass Sie im Grunde einen Wassertank sehen, der von so vielen LEDs umgeben ist, wie Sie zusammen mit einer Stromversorgung packen können, also ist es nicht gerade die tragbarste Technologie. Wie gesagt, das Team von 1994 produzierte 10 mmol/h pro Liter Kultur. Unglücklicherweise verbrauchen die Leute mehr als 1350 mmol O2 pro Stunde (Bezug von hier und einige Einheitenumrechnungen), also sehen wir uns eine Größenordnung von 135 Litern (~35,6 Gallonen) Wachstumsmedium plus LED-Arrays und Netzteile an. Das hat die Größe eines Aquariums und kein kleines Desktop-Gerät.

Ich bin sicher, dass wir die Effizienz und Produktion des Systems mit einigen Systemverbesserungen und selektiver Algenzucht verbessern könnten, aber Sie werden immer ein sperriges, wassergefülltes System betrachten.

Das ist also Ihre statische Heimlösung. Für den mobilen Einsatz benötigen Sie a

Rebreather

Rebreather zum Tauchen und für Arbeiten in gefährlichen Umgebungen sind bereits heute im Handel erhältlich. Die Technik ist zu diesem Zeitpunkt weit über 100 Jahre alt und damit sehr ausgereift. Moderne Geräte in Rucksackgröße zum Tauchen ermöglichen einen mehrstündigen Betrieb, obwohl sie kniffliger sind als Ihr Standard-SCUBA-Set mit offenem Kreislauf. Angesichts weiterer rund 40 Jahre Entwicklung und eines sehr dringenden Motivationsfaktors (wie zum Beispiel, dass das atmosphärische O2 bis zu einem Punkt erschöpft ist, an dem es kein Leben mehr erhält), würde ich vermuten, dass die Rebreather-Technologie noch stromlinienförmiger und zuverlässiger wäre nach dem Zeitraum Ihrer Einstellung.

Alternativ gibt es

Handwavium

Die Technologie hat sich in den letzten 46 Jahren stark weiterentwickelt. Was soll man sagen, dass in zehn Jahren jemand einen Katalysator erfinden könnte, der eine CO2->O2-Umwandlung in einem kompakten Gehäuse mit geringem Stromverbrauch ermöglicht? Sie müssten einen Weg finden, den überschüssigen Kohlenstoff loszuwerden, aber im Großen und Ganzen ist es sicherlich möglich. Nur als Ausgangspunkt, es gab mehrere neuere Entwicklungen in der künstlichen Photosynthese , aber diese konzentrieren sich mehr auf die Solar-to-Brennstoff-Produktion. Wenn diese Technologie angepasst wird, um sich auf die CO2->O2-Produktion zu konzentrieren, könnten Sie sich mit einem kompakten Gasaustauscher wiederfinden, der einfach herzustellen und zu warten ist. Was meiner Meinung nach im Grunde ein Rebreather ist, aber mit Produktverbesserungen, so dass Sie nicht einen unbeständigen Kanister mit ätzenden Chemikalien herumschleppen.

Hier ist eine verrückte Idee, um ein paar Watt Sauerstoff/Zucker-Stoffwechsel zu sparen: Ein künstliches Herz mit Kernenergie!

Warum das Herz? Das Herz leistet im Laufe des Lebens die körperlichste Arbeit aller Muskeln mit konstanten 1-5 Watt.

Denken Sie an die Art von Atomkraft, die wir an Bord des Curiosity Rovers zum Mars geschickt haben: Der Brennstoff Plutonium-238 hält ein Leben lang (Halbwertszeit von 87,7 Jahren) und seine sehr reine Alphastrahlung kann durch nur 2,5 mm Blei abgeschirmt werden, sagen sie, Sie sollten also nicht zu schnell an Krebs sterben.

Es gibt auf der Welt nur genug Plutonium-238 für einige wenige ausgewählte Übermenschen und Raumfahrzeuge, also würden wir es nicht für eine 5% effiziente Thermoelement-Technologie verschwenden wollen, wie es die NASA derzeit tut. Es wurde ein Stirlingmotor -Äquivalent hergestellt, das einen Wirkungsgrad von über 20 % aufweist. Wir müssen es nur etwa 50-mal verkleinern und Blut zum Kühlen verwenden, aber sagen wir, wir behalten auch eine Effizienz von 20 % bei. Angenommen, wir streben 3 W zu "Beginn der Mission" an und lassen eine Batterie die Spitzenlast übernehmen (da die Zerfallsrate des Plutioniums nicht kontrolliert werden kann). Dies würde eine Wärmezufuhr von 15 W zum Motor oder 90 g Plutonium-238 erfordern.

Noch heute sollte ein nukleares Herz Sie ideal für die Weltraumforschung und bestimmte Sportarten wie Freitauchen machen.