Wie groß sollte ein Terrarium sein, um sich selbst zu versorgen?

Ich habe vor einiger Zeit über Terrarien (Singular: Terrarium) gelesen, die im Grunde kleine Ökosysteme von Pflanzen sind, die von der Außenwelt isoliert sind (sie bekommen nur Energie von außen, kein Wasser oder Sauerstoff). Die Frage ist, wie groß sollte ein solches Terrarium sein, um einen Menschen zu ernähren, vorausgesetzt, es verfügt über eine unendliche Energiequelle und die heutige Technologie?

Mit der verfügbaren Technologie ist es möglich, eine künstliche Umgebung zu schaffen, in der Temperatur und Luftfeuchtigkeit kontrolliert werden. Ich glaube, sogar die Zusammensetzung der Luft kann bis zu einem gewissen Grad kontrolliert werden, indem einige Luftzerlegungsanlagen vorhanden sind und einige Gase hinzugefügt werden, um ihre Konzentration zu erhöhen. Auch das Wasser ist kein Problem, da es künstliche Umgebungen gibt, in denen Wasser recycelt wird (wie die Internationale Raumstation).

Es bleiben also 2 Probleme: Sauerstoff und Nahrung. Ich denke, die Hauptnahrungsquelle sollten Pflanzen sein. Ein schöner Nebeneffekt beim Anbau von Pflanzen ist, dass sie Sauerstoff erzeugen. Tatsächlich produzieren sie genug Sauerstoff, wenn sie genug Nahrung produzieren. Aber welche Art von Pflanzen und wie viele Pflanzen sollten geerntet werden, um genügend Nahrung und Sauerstoff für einen Menschen zu produzieren?

Als eine untere Grenze erwies sich Biosphäre 2 als sehr schwierig auszubalancieren.
Wie lange selbstständig? Die Antwort wird für Jahre und für Millionen von Jahren anders sein.
Nehmen wir an, ein Leben lang selbsterhaltend (50-100 Jahre). Und nehmen wir an, die Ausrüstung geht nicht kaputt, also müssen keine neuen Teile produziert werden. Das Hauptanliegen ist also die Schaffung einer künstlichen Biosphäre, die einen Menschen unterstützen kann.
Es ist keine Antwort, aber ein Ein-Personen-Terrarium würde wahrscheinlich die große Mehrheit der Menschheit in den Wahnsinn treiben.
Eine große Frage ist Energie. Alles andere lässt sich mit Energie lösen, aber wo kommt die her? Ist das auf einem erdähnlichen Planeten mit Sonnenlicht? muss man auf batterien umstellen? Ich kann alles auf weniger Raum bewältigen, wenn ich eine riesige gespeicherte Energiequelle anzapfe, dann wenn ich sie ausbreiten muss, um meine gesamte Energie aus dem Sonnenlicht zu gewinnen, was eine begrenzte Energie / ft. ist. Auch wie Bowlturner sagte, ich wäre innerhalb von a verrückt Monat oder zwei (na ja, ich bin schon verrückt, aber das ist ein anderes Thema).
Ich denke, dass eines der größten Probleme, mit denen ein System wie dieses wahrscheinlich konfrontiert wird, invasive Mikroben und Krankheiten sind. Es ist schwierig, selbst ein Raumschiff vollständig sauber zu halten, daher müssen die kürzlich vom Curiosity-Rover gefundenen organischen Verbindungen doppelt überprüft werden. Mit den nicht nachhaltigen Populationen in einem vernünftig großen Terrarium wäre jede Krankheit bei jeder Art, ob genetisch oder infektiös, potenziell katastrophal. Siehe auch: snre.umich.edu/~dallan/nre220/outline12.htm
Die Energie ist in der Tat ein großes Problem in einem realen System wie diesem, aber nehmen wir der Einfachheit halber an, Sie haben ein Kabel mit unendlicher Leistung. Das Ziel der Frage war es, die Größe der Biosphäre zu bestimmen, nicht die Größe der Ausrüstung, die erforderlich ist, um ihr zu helfen, sich selbst zu erhalten, obwohl ich mir der Tatsache bewusst bin, dass eine Menge Ausrüstung erforderlich ist.
@bowlturner - Wahnsinnig zu werden, schließt das Überleben nicht aus. Und wenn die Person alleine ist, wer wird es überhaupt bemerken?
Nur eine Beobachtung, deshalb ist es ein Kommentar, keine Antwort! ;)
@bowlturner Ich gebe zu, ich habe mich gefreut.
Ein bemerkenswerter Punkt auf der To-Do-Liste wäre die Berücksichtigung von Abfallprodukten (insbesondere Gase), die sich aufgrund einer geringeren Vielfalt von Organismen und geologischen Phänomenen ansammeln.
Definieren Sie selbsterhaltend, müssen die Organismen im Inneren eine Brutpopulation aufrechterhalten.
@John selbsterhaltend bedeutet keine externe Versorgung, außer Energie. Es wäre interessant, die Auswirkungen einer langfristigen Population zu sehen, die jedoch nicht unbedingt wächst (dh eine konstante Population von etwa n Individuen anstreben, das Altern berücksichtigen und die Zucht entsprechend planen, um die Ressourcen zu optimieren).

Antworten (3)

Problem 1: Essen

Dies ist der Hauptfaktor für die Größe der Biosphäre. Menschen müssen etwa 2.250 Kalorien pro Tag (durchschnittlich zwischen Männern und Frauen) zu sich nehmen, um sich zu ernähren, und mehr, wenn sie körperliche Arbeit verrichten. 2.250 cal = 10.460 Joule (oder 10,46 kJ), aber das ist nicht sehr nützlich. Nützlicher: 100 g Kartoffel (in jeglicher Form) = 77 cal. Eine mittelgroße Kartoffel ( von Google über USDA als 213 g definiert ) enthält 163 Kalorien. Wenn Sie nur von Kartoffeln leben, brauchen Sie:

2 , 250 ÷ 163 = 13.80 ≈ 14  Kartoffeln/Tag
= 14 × 365 = 5110  Kartoffeln/Jahr

Das sind ziemlich viele Kartoffeln. Wie Sie hier sehen können , können Kartoffeln von März bis Mai gepflanzt und von Juni bis Oktober geerntet werden. Sie können immer mehrere Pflanzen anbauen, die zu unterschiedlichen Zeiten geerntet werden.

Dieselbe Website wie oben verlinkt sagt, dass Kartoffeln in einem Abstand von etwa 30 cm gepflanzt werden sollten. Angenommen, Sie folgen dieser Anleitung, dann benötigen Sie:

5110 × 30 = 153300 cm = 1533,00 m

für alle Ihre Kartoffeln in einer Reihe. Sie können jedoch in mehreren Reihen pflanzen, um Platz zu sparen:

1533 ÷ 50 = 30.66 m Länge
50 × 0,3 m = fünfzehn m Breite
30.66 × fünfzehn = 459.9 m 2

Um also ein Jahr lang mit Kartoffeln zu überleben, braucht man 460 Quadratmeter Platz in der Biosphäre. Berücksichtigen Sie das jedoch

  • Sie werden kein Jahr lang von Kartoffeln leben wollen , also brauchen Sie mehr Land für andere Lebensmittel;
  • Wenn Sie nur bei Kartoffeln bleiben, können Sie sie nicht in aufeinanderfolgenden Jahren an derselben Stelle pflanzen, also verdoppeln Sie die benötigte Fläche (920 Quadratmeter).
  • Kartoffeln sind vielleicht nicht die beste Pflanze. Allerdings würden Karotten nach einigen schnellen Berechnungen etwa 140 Quadratmeter weniger Land für die gleiche Ernte benötigen. Karotten haben jedoch weniger Kaloriengehalt pro Einheit (41 pro mittelgroßer Karotte), sodass Sie mehr benötigen würden. Der Anbau von Weizen ist zwar platzsparender, erfordert aber nach der Ernte Arbeit und andere Zutaten, um ihn in einen essbaren Zustand zu bringen.

Problem 2: Sauerstoff

Ich sehe zwei Möglichkeiten. Sie können entweder die Außenluft filtern oder viele Pflanzen anbauen.
Außenluft
filtern Wenn Sie von der heutigen Technologie ausgehen, benötigen Sie einige kostspielige und platzsparende Filtereinheiten. Wenn Sie über fortschrittliche Technologie verfügen, können die Wände Ihrer Biosphäre Filter sein, aber ich bleibe bei der heutigen Technologie. Diese Seite hat eine sehr gute Erklärung des Sauerstoffbedarfs eines durchschnittlichen Menschen. Zusammenfassen:

8,3 Fuß 2 Luft pro Erwachsener für 5 Stunden (bei einer Decke von 8 Fuß)

Dies ist jedoch ein absolutes Minimum. Wenn die Größe viel geringer ist, halten Sie keine 5 Stunden. Die FEMA-Empfehlung lautet 10 Fuß 2 pro Erwachsener für 5 Stunden. Da Luft zu 21 % aus Sauerstoff besteht, ergibt sich daraus 8.3 × 0,21 = 1,74 Quadratmeter für 5 Stunden. Unter Verwendung geeigneterer Zahlen ist dies 1,74 × 8 = 13.92 Kubikfuß für 5 Stunden und 13.92 ÷ 5 = 2.78 Kubikfuß pro Stunde. Das klingt nach einer ziemlich vernünftigen Zahl: Welche Leistung benötigen Sie?

( 2.78 ÷ 21 ) × 100 = 13.23

Diese Linie zeigt, dass 2,78 Kubikfuß pro Stunde Sauerstoff 13,23 Kubikfuß pro Stunde normaler Luft entsprechen.

( 13.23 ÷ 60 ) ÷ 60 = 0,003675

Dies ist die Luftmenge, die Ihr Konzentrator pro Sekunde aufnehmen muss, um Sie am Leben zu erhalten. Das ist eine absolut gute Zahl: Da viele Heimventilatoren etwa 2 Kubikfuß Luft pro Sekunde bewegen können, wird ein kommerzieller Ventilator in einem Konzentrator keine Probleme haben. Eine Einheit, die dazu in der Lage ist, nimmt weniger als 1 Quadratmeter ein.

Züchte viele Pflanzen
Laut NASA benötigt der durchschnittliche Mensch täglich 0,84 kg Sauerstoff, um zu überleben. Diese können von Anlagen beliebiger Größe hergestellt werden, jedoch ändert sich der Platzbedarf je nach Bedarf. Beispielsweise produziert ein ausgewachsener Laubbaum wie eine Eiche 10-15 kg Sauerstoff pro Tag, genug, um einen Menschen zu ernähren. Es kann jedoch leicht 20 Quadratmeter Platz einnehmen und bis zu 30 m hoch werden. Kleinere Pflanzen sind möglicherweise einfacher: Da sie weniger Sauerstoff produzieren, können Sie eine genauere Zahl verwenden, um näher an der richtigen Sauerstoffmenge pro Tag zu produzieren und Platz zu sparen. Denken Sie jedoch daran, dass ein trainierender Mensch viel mehr Sauerstoff verbraucht – bis zu 7 kg pro Tag.

Der wirklich einfache Weg ist, einfach Luft von außen anzusaugen. Dies ist jedoch möglicherweise nicht möglich, daher ist Ihre beste Wahl wahrscheinlich der Filter, da er den geringsten Platz einnimmt.

+1 für die Definition des menschlichen Kalorienbedarfs in Kartoffeln. Um 1000 Menschen an einem Tag zu ernähren, braucht man einen Kilotater, 1.000.000 Menschen einen Megatater.
Ich mag zwar Teil 1 der Antwort (und die Zahlen scheinen zu einer schnellen Suche im Internet zu passen, vorausgesetzt, gute Erträge Ihrer Anlage), aber: Die Verwendung von Luft von außen ist wirklich nicht als autark zu qualifizieren. Die Zahl (200 Pflanzen) ist wirklich schwer zu gebrauchen, da sie jede Größe haben könnte. Ich fand heraus: menschlicher Sauerstoffverbrauch 0,5 bis 2 kg/Tag. Ein ausreichend alter, mittelgroßer Laubbaum produziert 10 bis 15 kg/Tag (wieder stark abhängig von einer Vielzahl von Faktoren, Größe, Feuchtigkeit, Sonneneinstrahlung usw.).
Gute Antwort. Meine Eingangsfrage ging allerdings davon aus, dass man von außen nichts bekommen kann, außer Energie in Form von Strom. Luft zu filtern ist also keine Option. Wenn Sie jedoch genügend Pflanzen anbauen, um genügend Nahrung zum Essen herzustellen, sollten sie dann nicht die erforderliche Menge an Sauerstoff erzeugen? Sie absorbieren das gesamte CO2, das Sie beim Atmen erzeugen. Auch wenn Ihre Berechnungen sehr interessant sind, ist die Kartoffel die beste Pflanze? Gibt es keine anderen Pflanzen, die schneller wachsen und die in einem höheren Anteil verzehrt werden können als eine Kartoffel?
@ Paul92 Ich muss zugeben, dass ich das in Eile gemacht habe, also habe ich mir andere Pflanzen nicht angesehen. Ich werde das morgen aktualisieren.
@Ghanima Ich ging von kleinen Pflanzen aus. Wie gesagt, ich werde morgen updaten.
@Paul92 Aktualisiert.
Bezüglich des von Pflanzen produzierten Sauerstoffs gibt es ein kleines Problem. An vielen Stellen habe ich die Menge an Sauerstoff gefunden, die von Pflanzen erzeugt wird, wie Sie sagten. Ein Teil dieser Pflanze wird jedoch zerfallen (insbesondere Blätter), ein Prozess, der CO2 erzeugt und Sauerstoff verbraucht. Was ist also die Menge an Sauerstoff, die von einem solchen Baum erzeugt wird, die von einem Menschen verwendet werden kann, wenn man den Sauerstoffverbrauch berücksichtigt, der durch den Zerfall verbraucht wird?
@ Paul92 Ich habe diesen Teil bewusst weggelassen, weil er so wenig Unterschied macht, dass er die Biosphäre nicht beeinträchtigen würde. Sauerstoff, der bei der Verwesung verwendet wird, wird hunderte Male durch verbleibende Blätter und Pflanzenmaterial ersetzt, und neue Blätter wachsen schnell genug, dass der Verlust unbedeutend ist. Der Anteil des produzierten Sauerstoffs, der für den Menschen nutzbar ist, liegt bei weit über 99 %.

Biosphere 2 stieß auf einige Probleme, weil sie die Erwärmungs- und Abkühlungswirkung auf die Luft nicht berücksichtigten. Sie brauchen eine große Blase, um die Druckunterschiede zu bewältigen, wenn Sie das Ding nicht mit Maschinen heizen und kühlen (was wahrscheinlich die Zyklen Ihrer Pflanzen auslöst).

Sauerstoff ist kein Problem, wenn Sie künstliches Licht und Wasser haben. Pumpen Sie einfach Ihr CO2 durch, und es gibt genug Algensporen / was auch immer in der Luft (es sei denn, Sie haben die Luft vor dem Einpumpen behandelt), um dieses Wasser zu kolonisieren und Ihnen etwas O2 zu machen

Tatsächlich können Menschen Algen essen. Aber, ja (dh Langeweile bei der Ernährung kann zu Essensverweigerung/Mangel an Interesse am Essen/Mangel an Lebenswillen führen. verwandt: Dysphagie). Das größte Problem wird sein, die richtigen Aminosäuren (Menschen produzieren nicht alles, was sie brauchen) und Spurenelemente (was mit Mikropflanzen machbar sein kann oder auch nicht) zu bekommen. Sie müssen einige Dinge entwickeln, um diese zu radeln. Aber ja, stellen Sie einige Pflanzen zusammen. Wenn Sie genug Maschinen haben und sich viel weniger um den Menschen kümmern, könnten Sie wahrscheinlich etwas von der Größe des Raums (Gesamtgröße) zusammenstellen und sie in einer Gelkapsel ala Matrix aufbewahren und die Flüssigkeiten und Gase durchpumpen ihre Fleischtüte, recyceln sie mit Pflanzen und Sonne/künstlicher Beleuchtung - oder mit riesigen Mengen an Energie und chemischen (Nano-)Maschinen (dh: dem Rest eines 10x10x10). Bestes Gebot,

Aquaponik bringt Ihnen köstlichen Fisch (vielleicht Garnelen) und Pflanzen zum Essen und kompostiert Ihren Mist (nach dem Sterilisieren; keine E.coli-Kontamination) und wirft ihn direkt zurück in das System.

Wenn Sie das Gehirn Ihres Menschen nicht offline schalten möchten, benötigen Sie etwas VR und einen unendlichen Walker. Und vielleicht etwas ernsthaften Raum, in dem sie herumwandern können. Es ist immer noch wahrscheinlich, dass Sie Klaustrophilie und / oder das Caged-Tiger-Syndrom bekommen, wenn Sie versuchen, sie später herauszunehmen.

Warum brauchen Sie Ihre Menschen in der Warteschleife? Warum keine Stasis? Oder Kryotechnik? Oder Samenbanken?

Leider kann niemandem gesagt werden, was die Matrix ist.

Sehen Sie sich die Größe von Biosphere 2 an . Es konnte das menschliche Leben nicht auf unbestimmte Zeit ernähren, aber sie haben viel daraus gelernt. Sehen Sie sich das an und finden Sie Probleme, die einmalige Planungs-/Baufehler sind (z. B. die Betonhärtung verwendet Sauerstoff), Dinge, die besser gemacht werden könnten, wenn Sie wissen, wie, und (der interessante Teil) was aufgrund von grundsätzlich nicht funktioniert hat Skala?

Wie groß sollte ein Terrarium sein, um sich selbst zu versorgen?
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