Macht, Lebensmittel pro Person anzubauen

Die Zahl von 3 kW/Person im Originalbericht kann nur für die allgemeine Lebenserhaltung sein - sie wird als "im Lebensraum" eingeschränkt, und der Bericht sagt weiter ausdrücklich, dass die Produktionseinheit zusätzliche Energie haben wird. Als drittes Modul wird die Farm gezeigt.

Es wird geschätzt, dass das Südpol-Gewächshaus (vollständig im Innenbereich) mit einer Effizienz von "...unter der Annahme, dass der Kraftstoff etwa 4,50 $ pro Liter kostet, Gemüse etwa 50 $ pro Pfund kostet" betrieben wird. Ein Liter Diesel scheint ungefähr 10 kWh Strom zu produzieren, also sehen Sie sich 100 kWh an, um ein Pfund Gemüse zu produzieren. Das kann alles von 100 Kalorien (Spinat) aufwärts sein; Reis und Weizen haben viel höhere Energiedichten (500-1500 cal/lb), aber sie haben auch viel zusätzliches ungenießbares Gewicht, zB im Stiel. Nehmen wir an, Sie können 500 cal/lb mit wirklich intensiven landwirtschaftlichen Ansätzen und cleverer Wiederverwendung von Wärme erreichen, wahrscheinlich eine großzügige Schätzung.

Das bedeutet, dass Sie genug Energiezufuhr für etwa viereinhalb Pfund Wachstum pro Person und Tag oder 450 kWh benötigen. Geht man von einer 24-Stunden-Landwirtschaft aus, sieht man sich dann kontinuierlich etwa 20 kW Solarenergie an.

Dies scheint herausfordernd. Die gesamte ISS (unter der Annahme, dass die Arrays etwa 50% der Zeit funktionieren) würde gerade genug Energie produzieren, um eine dreiköpfige Besatzung zu ernähren, ohne dass etwas für die Lebenserhaltung übrig bleibt ...

Als ich mich nach Daten zur Indoor-Landwirtschaft umsah, war das relevanteste Material, das ich finden konnte, der Marihuana-Anbau im High Times Magazin . Es scheint fantastisch energieintensiv zu sein und verbraucht möglicherweise bis zu 1% der elektrischen Energieabgabe der USA. Der Anbau von einem Kilogramm Marihuana scheint ungefähr zu erfordern$E=2\times10^{10}$J der Energie. Nehmen wir an, wir könnten mit dem gleichen Energieaufwand ein Kilogramm Weizen anbauen. Weizen hat eine Energiedichte von ca$d=3400$kcal/kg. Ein Mensch braucht etwa$c=0.02$kcal/s von Lebensmitteln.

Das Ergebnis ist$cE/d\sim100$kW elektrischer Leistung, um einen Menschen mit Indoor-Farming zu versorgen. Angesichts all der sehr groben Annahmen über die Größenordnung scheint dies ungefähr mit der Schätzung von Anthony X. in einem Kommentar von 500 kW übereinzustimmen. Auf jeden Fall ist dies eine fantastische Energiemenge, die die ungefähr 2 kW pro Person, die an antarktischen Stützpunkten verbraucht werden, in den Schatten stellt, die ihre Lebensmittel versenden.

Es scheint, dass eine sich selbst tragende Weltraumkolonie gut daran tun würde, Sonnenlicht statt elektrischer Beleuchtung für ihre Landwirtschaft zu nutzen.

Zum Vergleich mit$E\sim10^{10}$J um ein kg Weizen drinnen anzubauen, kostet es nur etwa$5\times10^8$J, um ein kg auf die gleiche Geschwindigkeit zu beschleunigen wie die Umlaufgeschwindigkeit der Erde um die Sonne. Dies deutet darauf hin, dass Sie, wenn Sie sich an einem Ort befinden, an dem nicht genug Sonnenlicht vorhanden ist (Oberfläche von Titan?), möglicherweise klug sind, Ihre Lebensmittel einfach zu importieren.

Wenn Sie die Zahlen unter http://www.theoildrum.com/node/6252 akzeptieren (die aus Quellen stammen, aber das macht sie nicht unbedingt genau), werden 0,430 kWh Energie benötigt, um 390 Lebensmittelkalorien (390 kcal) zu produzieren. im Wert von Mais, für einen Wirkungsgrad von 102 %.

Ich hielt dies zunächst für unmöglich, da es scheinbar gegen das Zweite Gesetz der Thermodynamik verstoßen würde, aber die Berechnung beinhaltet nur die benötigte Lichtenergie: Die zusätzliche Kalorienenergie stammt aus der physischen Materie, aus der Mais besteht, hauptsächlich aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff . Mit anderen Worten, die Herstellung von Mais erfordert sowohl Energie als auch Rohstoffe, und die Rohstoffe selbst enthalten gespeicherte Energie.

Angenommen, Sie könnten hauptsächlich (wenn auch nicht ausschließlich) von Mais leben, liegt diese Zahl nahe genug bei 100 %, sodass wir ungefähr von einer 1: 1-Übertragung von Lichtenergie in Kalorienenergie ausgehen können.

Der durchschnittliche gesunde Mensch verbrennt mindestens 2000 Kalorien pro Tag (etwa 100 Watt), obwohl dies sehr wenig Aktivität voraussetzt. Bei einer angemessenen Menge an Aktivität liegt dies näher bei 3000 Kalorien (etwa 150 Watt).

Etwas uninteressanterweise entspricht die Energiemenge, die Sie benötigen, vorausgesetzt, Sie haben genügend Rohstoffe, ziemlich genau der Energiemenge, die eine durchschnittliche Person verbrennt.