Wie viele Pflanzen braucht man zum Atmen?

Ich arbeite an einer Weltraumgeschichte, in der ein Astronaut zum Neptun reist, um die Ergebnisse unserer CurrentEarth™ Corporation bezüglich unseres Sonnensystems zu validieren. Die Einstellung ist ein sich bewegendes Schiff, ähnlich der Mars-Heimatbasis in The Martian , aber ich bin auf ein bisschen Boondoggle gestoßen , er muss atmen! Als schlauer Astronaut nutzt er Hydroponik nicht nur für die Nahrung auf der langen Reise, sondern auch für seine Sauerstoffversorgung. Genial!

Ein paar Einzelheiten:

  • Er hat eine durchschnittliche Größe (5' 11", 180 cm), ein Gewicht (195 lbs., 88 kg) und eine Lungenkapazität (normal) als menschlicher Mann
  • Die Größe des Schiffes ist kein Problem (obwohl das Gewicht immer noch eine gewisse Rolle spielt), er hat reichlich Geld von CurrentEarth™
  • Er muss in der Lage sein, ständig anstrengende Aktivitäten auszuführen, ohne zu ersticken
  • Er hat Notsauerstoffvorräte, die für 1 Jahr reichen
  • Sein Schiff wurde für seine Reise mit Sauerstoff versorgt, sodass er keine Anlaufzeit hat, während die Pflanzen wachsen
  • Er mag seinen Ficus Wilson sehr

Wie viele Pflanzen würde mein Astronaut brauchen, um zu atmen, während er anstrengende Aufgaben im Weltraum erledigt?

Bist du sicher, dass sein Ficus nicht Wilson heißt?
@NexTerren Ich hatte keinen triftigen Grund, seinen Ficus zu benennen, aber jetzt habe ich einen. Gratz über die Benennung des Ficus in meiner Geschichte!
Ich habe keine Quellen, also werde ich dies nicht als Antwort setzen. Ich erinnere mich, dass ich gelernt habe, dass es Bäume im Wert von einem Hügel braucht, um genug Sauerstoff für eine Person zu produzieren. Außerdem produzieren Algen viel mehr Atemluft als Bäume. Hinzu kommt, dass es (bei räumlichen Einschränkungen) weitaus effizienter ist, entweder mechanische oder chemische Luftwäscher zu verwenden (zu denen die Nasa bereits einige Studien und Veröffentlichungen hat).
Welche Pflanzen genau? Oder möchten Sie die effektivsten Pflanzen für den Job plus einen Wilson?
Woher bekommen Sie das Licht, um die Pflanzen zu züchten?
@Mołot Letzteres genau.
Wahrscheinlich kann meine relevante Frage von Space Exploration SE hilfreich sein.
Möglicherweise finden Sie Informationen zum Biosphere 2- Projekt.
Ich lese meine eigene Frage im HNQ immer wieder als "Wie viele Planeten braucht man zum Atmen" ...
Vergessen Sie beim Schreiben Ihrer Geschichte auch nicht die Gasbilanz aus Anlagensicht. Wenn Sie zu viele Pflanzen haben, könnte die Umgebung zu sauerstoffreich werden und die Pflanzen könnten CO2-verhungern. Überprüfen Sie diesen Beitrag: biology.stackexchange.com/questions/3043/…
„Hydrokultur nicht nur als Nahrung auf der langen Reise zu nutzen, sondern auch für seine Sauerstoffversorgung“ ist überflüssig. Die Menge an CO2, die man beim Verzehr von Lebensmitteln ausatmet, ist genau die Nettomenge an CO2, die aus der Luft entfernt wird, um diese Lebensmittel anzubauen. (Beachten Sie, dass das Tier, wenn Sie Fleisch essen, bereits einen Teil des CO2 zurückgibt, das durch die Pflanzen, die es gefressen hat, entfernt wurde.)
Diese Frage ergibt keinen Sinn. Wie soll Ihr hinterhältiger Astronaut all das Sonnenlicht und die Wärme bekommen, um die Pflanzen wachsen und Photosynthese betreiben zu lassen, bei Neptun , wenn er nicht die Kraft hat, ein bisschen Elektrolyse zu betreiben, um atmen zu können?
Ein kleiner Spitzfindigkeit: 5'11" ist eigentlich groß. 5'6" ist die weltweite durchschnittliche erwachsene männliche Größe (obwohl dies relevant erscheint
Ein weiterer kleiner Nitpick: Athleten haben normalerweise keine normale Lungenkapazität und Astronauten sollten es wahrscheinlich auch nicht.
Meine Güte, ihr seid alle voller Nitpicks! Im Ernst, danke für das Feedback!

Antworten (3)

13 Quadratmeter

BIOS-3 , eine versiegelte, unterirdische Verbindung, die ein Raumschiff nachahmen soll, gelang es, mithilfe von Algen Sauerstoff für Menschen zu erzeugen. Seine Besonderheiten sind in einem Artikel von Salisbury et al. :

  • Eine Besatzung von bis zu drei Personen
  • 315 Kubikmeter Wohnfläche (14 m x 9 m x 2,5 m)
  • 3 Phytotrons oder Algenzüchter mit einer Fläche von 63 Quadratmetern
  • Ursprünglich 20 6-kW-Lampen in jedem Phytotron, obwohl dies später erhöht wurde
  • Ein Katalysator zur teilweisen Luftreinigung; Den Rest erledigten die Pflanzen

Einige dieser Zahlen beziehen sich auf das ursprüngliche Setup; Es wurden Modifikationen vorgenommen, um die Effizienz zu steigern. Spätere Experimente zeigten, dass "höhere Pflanzen" die Besatzung mit genügend Nahrung zum Überleben versorgen konnten; Dazu gehörten Rüben, Gurken und Kartoffeln. Um den gesamten Ernährungs- und Sauerstoffbedarf einer Person zu decken, bräuchte man theoretisch 56 Quadratmeter Pflanzen; Um nur den vollen Sauerstoffbedarf und 35 % des Nahrungsbedarfs zu decken, benötigen Sie nur 13 Quadratmeter.

Gitelson & Lisovsky (2008) präsentierten eine etwas andere Übersicht, allerdings mit denselben Zahlen. Hier ist ein Diagramm von BIOS-3 aus ihrem Papier:

Geben Sie hier die Bildbeschreibung ein

Denken Sie daran, dass sich die Technologie seit den BIOS-Experimenten verbessert hat; Neuere Experimente wie MELiSSA können größere Verbesserungen zeigen. Siehe Nelson et al. (2009) für weitere Informationen zu anderen Tests und Johansson (2006) für einen hervorragenden Vergleich. Es gibt auch einen großartigen Artikel auf Science2.0.com .

@Anoplexian Das ist Gas, kein Benzin - wie in Luft. Was den Aktivkohlefilter betrifft, so ist es keine große Sache, genügend Aktivkohle mitzunehmen, auch wenn er ersetzt werden musste. Der Bericht geht ins Detail – der Teil „Weizen anbauen“ war optional, für ein Szenario, in dem Sie das Algenfach entfernt haben. Dies reichte auch aus, um genügend Sauerstoff zu recyceln, obwohl es viel mehr Fläche erforderte (obwohl es auch fast genug Nahrung lieferte).
Die Algenfarm ist eine interessante Idee. Tatsächlich haben einige Leute es bereits in gewisser Weise implementiert. Die Schweiz hat damit begonnen, kleine Algenfarmen einzusetzen, um Schadstoffe aus der Luft über Autobahnen zu entfernen . Und der Aktivkohlefilter ist keine große Sache zu ersetzen, ein einzelner hält lange. In The Martian (das Buch sowieso, habe den Film nicht gesehen) tragen sie ein Stück der Trivialität dieser bestimmten Komponente bei.

Menschen und Tiere verwenden Sauerstoff, um unsere Nahrung zu verstoffwechseln, während Pflanzen Sauerstoff produzieren, während sie Nahrung produzieren. Zum Beispiel entspricht die Sauerstoffmenge, die eine Kartoffelpflanze produziert, um eine einzelne Kartoffel zu produzieren, der Sauerstoffmenge, die der Astronaut benötigt, um diese Kartoffel zu verstoffwechseln. Wenn also der Astronaut Pflanzen hat, um Nahrung zu produzieren, und sie alle Nahrung produzieren, die er isst, werden diese Pflanzen genug Sauerstoff produzieren, damit er atmen kann.

Natürlich müssen wir von einem geschlossenen stationären System ausgehen, aber wir müssen einige Abweichungen von einem geschlossenen stationären System berücksichtigen. Einige Abweichungen können einen Sauerstoffüberschuss oder -mangel verursachen:

  • Sauerstoffmangel: Sauerstoff wird für andere Zwecke verbraucht als die Oxidation organischer Stoffe, die im Schiff produziert werden. Wenn zum Beispiel etwas im Schiff aus Eisen besteht und rostet, verbraucht es Sauerstoff, oder wenn der Astronaut Nahrung von der Erde isst, benötigt er zusätzlichen Sauerstoff, um sie zu verstoffwechseln.
  • Sauerstoffüberschuss: Wenn von Pflanzen produziertes organisches Material im Schiff gelagert wird, baut sich die entsprechende Menge an Sauerstoff auf - tatsächlich hat die Erdatmosphäre so die beträchtliche Menge an Sauerstoff erhalten, die sie jetzt hat. Zum Beispiel produzieren alle Pflanzen nicht essbare Teile (Holz, Blätter, Wurzeln...). Wenn diese Teile gelagert werden, anstatt als Kompost recycelt oder verbrannt zu werden, sammelt sich Sauerstoff an. Das Pflanzen von Bäumen ist unnötig.

Zusammenfassend braucht der Astronaut die Pflanzen nur, um seine Nahrung herzustellen. Sie werden auch seinen Sauerstoff produzieren.

+1, das ist die richtige (und wahrscheinlich nützlichste) Antwort. Natürlich wird ein Teil des Sauerstoffs nicht von den Astronauten verbraucht, sondern von Mikroorganismen, die nicht gefressenes Pflanzenmaterial und die eigenen Abfallprodukte der Astronauten zersetzen. Aber am Ende muss es sich trotzdem ausgleichen – in einem geschlossenen System wird der durch die Photosynthese produzierte Sauerstoff immer genau genug sein, um alle durch denselben Prozess produzierten Kohlenhydrate (und alles andere, was daraus entsteht) wieder zu Wasser und Kohlenstoff zu oxidieren Dioxid.
Wusste nichts über das Äquivalent von Essen/Sauerstoffbedarf - Essen produziert/Sauerstoff produziert, aber; Berücksichtigt Ihre Antwort auch, dass Pflanzen auch "nachts" atmen? Ich meine ja, man könnte sie die ganze Zeit beleuchten, aber in diesem Fall müssen wir berücksichtigen, dass, da Pflanzen den Tag-/Nacht-Zyklus nutzen, um sich über das Jahr zu positionieren, ein konstantes Licht auf Dauer schlecht wäre ( wollen wir das wirklich für Wilson?). Ich weiß nicht, ob ich ganz richtig liege, ich frage nur nach Ihrer Antwort.
Ich bin mir nicht sicher, ob Sie verstehen, dass Sie sich auf die Sauerstoffmenge konzentrieren, die der Astronaut benötigt, um diese Kartoffel zu verstoffwechseln , aber das ignoriert die Bedürfnisse des Körpers Gehirn, Muskeln usw. mit Sauerstoff?
@AL Der Körper verbraucht niemals nur Sauerstoff. Es verbraucht Sauerstoff, Kohlenstoff und Wasserstoff. Kohlenstoff und Wasserstoff stammen aus der metaphorischen Kartoffel. Energie wird verschiedenen Zwecken zugeführt, einschließlich einer unterschiedlichen Menge an Abwärme, aber das Verhältnis von Sauerstoff- und Kartoffelatomen (Kohlenstoff und Wasserstoff) ist festgelegt.
@comicurus Atmung ist die genaue Umkehrung der Photosynthese. Es ist die Nettoproduktion von Sauerstoff, die sich in Kohlenstoff und Wasserstoff widerspiegelt, die der Masse der Pflanze hinzugefügt werden, die der Astronaut zusammen mit genau der Nettomenge an Sauerstoff verbraucht (nach Abzug des bei der Atmung verbrauchten Sauerstoffs), die von der Pflanze in der ersten Zeit freigesetzt wurde Platz.
@comicurus. Wie Monty Harder sagte, ist die Nettoproduktion entscheidend. Wenn Pflanzen "atmen" (Tag oder Nacht), kombinieren sie einfach einen Teil des Sauerstoffs, den sie produziert haben, mit einem Teil der "Nahrung", die sie produzieren. Das heißt, ein Teil der Kohlenhydrate und des Sauerstoffs, die von der Pflanze hergestellt werden, wird von derselben Pflanze verbraucht. Wenn der Astronaut etwas Nahrung aus der Pflanze nimmt (z. B. er pflückt eine Kirsche), wird der von der Pflanze bei der Herstellung dieser Nahrung (der Kirsche) produzierte Sauerstoff nicht von der Pflanze verbraucht: Er wird vom Astronauten verbraucht (während er metabolisiert die Kirsche).
@AL Wie hide sagte, wenn der Körper das Gehirn, die Muskeln usw. füttert, füttert er sie mit Sauerstoff und Nahrung. Der Körper braucht Sauerstoff zu nichts anderem als zum Oxidieren von Nahrung, und das Oxidieren von Nahrung erzeugt Energie, um jeden Prozess im Körper anzutreiben.

entsprechend:

Diese Seite

Ein ausgewachsener Laubbaum produziert in einer Saison so viel Sauerstoff, wie 10 Menschen in einem Jahr einatmen.

Ein einzelner Baum könnte also genug Sauerstoff produzieren, um 40 Menschen (bei 4 Jahreszeiten wie in europäischen Ländern) oder 20 Menschen (bei nur 2 Jahreszeiten wie in tropischen Ländern) atmen zu lassen.

Ein einzelner Baum ist jedoch nicht praktisch, denn wenn er stirbt, sind Sie f ****.

Das Beste ist, 3 Abschnitte im Schiff zu haben, die abwechselnd Tag / Nacht simulieren (weil die Vegetation nachts Sauerstoff verbrennt, anstatt zu produzieren). Was Sie erreichen möchten, ist, dass Sie zu jeder Zeit so viel Sauerstoff verbrauchen, wie Sie produzieren. Viele verschiedene Pflanzen verschiedener Arten zu haben, ist ein weiteres Muss. Sie möchten niemals, dass alle Ihre Pflanzen aufgrund einer Krankheit oder eines klimatischen Einflusses des Schiffes sterben.

Um das Sauerstoffgleichgewicht aufrechtzuerhalten, damit die Pflanzen weiter wachsen und Ihr Mensch nicht an überschüssigem CO2 stirbt, können Sie den Nachtzyklus jeden Tag um einige Minuten anpassen , damit die Pflanzen mehr/weniger Sauerstoff verbrennen/produzieren

Sie benötigen ungefähr 10 Quadratmeter pro Abschnitt. (Oberfläche von einem einzelnen Baum eingenommen, leicht abgerundet) Sie haben im Grunde auch einen redundanten Abschnitt, der bei verschiedenen Notfällen nützlich sein kann, wenn er geschickt ausgenutzt wird (Sicher, mehr Masse in die Umlaufbahn zu bringen, hat hohe Kosten, aber wenn diese Reise wirklich wichtig ist für Sie wollen sicher sein, dass der Pilot nicht stirbt).

Ich denke, ein Baum wäre eine schlechte Idee, um für Sauerstoff zu wachsen, weil man einen Baum nicht essen kann.
@PieterB, aber Sie können Früchte von einem Baum essen, abhängig von der Frucht und ob der Baum Früchte produziert
Ich habe tatsächlich gesagt, dass ich viele verschiedene Pflanzen verwenden soll, nicht nur einen Baum. Der Baum ist meine "Messprobe", um eine Vorstellung von der Größenordnung der erforderlichen Vegetation zu bekommen. Auch wachsende Wurzeln können das Raumschiff bis zu einem gewissen Grad beschädigen, besser kleinere Pflanzen mit kürzeren Wurzeln.
@ gabe3886 Entschuldigung, ich hätte genauer sein sollen, wenn Sie eine Pflanze nehmen, bei der Sie die gesamte Pflanze für Lebensmittel verwenden können, halten Sie den Kohlenstoffkreislauf intakt. Bei einem Baum ist am Ende viel Kohlenstoff im Holz gespeichert (den Sie nicht essen können), und um den Kohlenstoffkreislauf intakt zu halten, müssen Sie Lebensmittel und Wasser importieren. Wenn Sie sich dann dafür entscheiden, das Holz zu verwenden und es zu verbrennen, verändern Sie Ihre Atmosphäre. Ich meinte nur, ein Baum wäre eine besonders schlechte Pflanze. Andere Pflanzen wären besser.
cool, das ist interessantes Zeug, mehr darüber zu lesen.
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