Wie nah ist die ISS einem geschlossenen System in Bezug auf Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff?

Es ist nicht so hübsch wie Ihr Diagramm, aber hier ist eines, das den Sabatier enthält

Das Papier, aus dem dies stammt, besagt, dass es immer noch ein "langfristiges Wasserdefizit" gibt, das dazu führt, dass zusätzliches Wasser aus dem Boden zugeführt werden muss.

Akronymologie:

• CDRA - Anordnung zur Entfernung von Kohlendioxid
• CWC - Notfallwasserbehälter
• CWC-I – Contingency Water Container – Jod (trotz des Namens, der ein Begriff des Shuttle-Erbes ist, ist die Verwendung dieser Behälter nominell)

• ECLSS - Environmental Control and Life Support System

• OGA - Sauerstoffgeneratorbaugruppe

• UPA - Urinprozessorbaugruppe
• WPA - Wasserprozessorbaugruppe

Das gepostete Diagramm Organic Marble ist also genau das, wonach ich gesucht habe. Aber ich dachte, ich würde einige Informationen posten, die ich über die Chemie dessen entdeckt habe, was im System nicht geschlossen bleibt.

Dies ist eigentlich von einem Wikipedia-Link , der meiner Frage hinzugefügt wurde, und er beantwortet alles, was ich wissen wollte, in Bezug auf die Chemie.

Das aktuelle System

Der Artikel beschreibt, wie das Sabatier-System es ihnen grundsätzlich ermöglicht, den Sauerstoff aus der Ausatmung zurückzugewinnen$CO_2$durch Kombination mit Wasserstoff aus Wasser:

$$2H_{2}O \overset{hydrolysis}{\rightarrow} 2H_2 + O_2 + \overset{food}{C} \overset{respiration}{\rightarrow} CO_2 + 2H_2 + \overset{added}{2H_2} \overset{sabatier}{\rightarrow} 2H_{2}O + \overset{discarded}{CH_4}$$ Quelle

Sie haben am Ende die gleiche Menge Wasser heraus, die Sie hineingegeben haben. Wenn Sie also diese zwei Sauerstoff- und vier Wasserstoffatome entfernen und nur das zurücklassen, was verbraucht und produziert wird, erhalten Sie:

$$\overset{food}{C} + \overset{added}{2H_2} \rightarrow \overset{discarded}{CH_4}$$

Woher kommt der zusätzliche Wasserstoff? Der Wikipedia-Artikel weist darauf hin, dass dies durch Hydrolyse von Wasser bereitgestellt wird, woraus das von Organic Marble erwähnte "langfristige Wasserdefizit" stammt.

Den Kreis schließen

Der Wikipedia-Artikel erwähnt auch mögliche Wege zur Rückgewinnung des Wasserstoffs.

Pyrolyse ist eine einfache Reaktion, die Wärme verwendet, um Kohlenstoff von Wasserstoff zu trennen:

$$CH_4 \overset{heat}{\rightarrow} C + 2H_2$$

Der Artikel erwähnt, dass der Kohlenstoff als „leicht zu entfernende“ Graphitablagerung enden würde . Wie das „[Zitat erforderlich]“ andeutet, bleibt die Praktikabilität davon sehr abzuwarten.

Um zu vermeiden, dass Astronauten ein Bündel Graphit herausmeißeln müssen, könnten Sie eine unvollständige Pyrolyse durchführen, etwas Wasserstoff verschwenden, aber den Kohlenstoff in gasförmiger Form als Acetylen belassen:

$$2CH_4 \overset{heat}{\rightarrow} C_{2}H_{2} + 3H_2$$

Eine Alternative, die sie anscheinend untersuchen, besteht darin, den Sabatier durch die Bosch-Reaktion zu ersetzen , die keinen Wasserstoff verschwendet, aber die Astronauten erneut mit dem Kohlenstoff als Graphit umgehen lässt:

$$CO_2 + 2H_2 \overset{heat}{\rightarrow} C + 2H_{2}O$$

Nachtrag

Wenn Sie denken: "Warte, wir essen nicht nur reines Kohlenstoff als Nahrung!" dann ja, du hast recht, nicht einmal die erste Gleichung ist vollständig.

Essen ist kompliziert, aber wenn wir es auf Zucker wie Glukose ($C_{6}H_{12}O_{6}$), die im Grunde Gruppen von sind$CH_{2}O$, dann sieht es so aus:

$$2H_{2}O \overset{hydrolysis}{\rightarrow} O_2 + 2H_2 + \overset{food}{CH_{2}O} \overset{respiration}{\rightarrow} H_{2}O + CO_2 + 2H_2 + \overset{added}{2H_2} \\ \overset{sabatier}{\rightarrow} 3H_{2}O + \overset{discarded}{CH_4}$$

Grundsätzlich ergibt der Wasserstoff und Sauerstoff aus der Nahrung mehr Wasser, das in das Stationssystem gelangt. Lebensmittel sind eine weitere Möglichkeit, die Wasservorräte der Station wieder aufzufüllen.

In der Tat hydratisiert Sie die Atmung der Nahrung völlig unabhängig von ihrer tatsächlichen$H_{2}O$Inhalt! Es gibt Wüstennagetiere, die eigentlich kein Wasser trinken, sondern nur von dem von ihrer Nahrung befreiten Wasser leben.

Laut dem Space.com-Artikel Astronaut Says It 'Smells Great' Inside the International Space Station (Video) :

für CO${}_2$ $\rightarrow$Ö${}_2$: fast 50%

NASA-Wissenschaftler versuchen auch, den Prozentsatz an Kohlendioxid zu verbessern, der wieder zu Sauerstoff recycelt wird. Im Moment wandelt das Lebenserhaltungssystem etwas weniger als 50 Prozent um, aber sie hoffen, dass die zukünftige Technologie in der Lage sein wird, mindestens 75 Prozent, wenn nicht das gesamte Kohlendioxid an Bord zu recyceln.

Der Erzähler des dort gezeigten Videos sagt:

Auf der Station können wir, wenn alle Systeme funktionieren, etwas weniger als 50 % des Kohlendioxids wieder zu Sauerstoff recyceln.

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für H${}_2$O: 93%

„Wir wollen das Recycling von Abfällen über das hinaus erhöhen, was wir jetzt auf der Station tun. Unser ISS-Wassersystem kann etwa 93 Prozent des Abwassers wieder zu sauberem Wasser recyceln“, sagt Molly Anderson, eine leitende Technologin bei der NASA, in dem Video . NASA-Wissenschaftler planen, bald eine Demonstrationstechnologie zur Station zu fliegen, die in der Lage sein sollte, den größten Teil der anderen 7 Prozent, die als "Sole" bezeichnet werden, zurückzugewinnen.