Biorreactor de algas para O2 y CO2 (¿y alimentos?) - ¿Algún dato sobre el tamaño requerido y los requisitos de potencia?

Creo que los requisitos para una sola persona O 2 / CO 2 el equilibrio se ejecuta en algún lugar de la región de 8 metro 2 de algas, lo que parecería posible en un solo ≈ 1 metro 3 biorreactor Lo cual es bastante útil, ya que también produce algas que pueden usarse para cumplir con los requisitos de alimentos y/o biocombustibles.

1) Sin embargo, parece que no puedo encontrar datos sobre cuánta energía requeriría esto.

2) ¿Tampoco puede encontrar datos sobre cuánto tiempo tardaría esta alga en 'crecer' hasta una etapa en la que podría ser cosechada? ¿Cuáles serían las calorías por mes de tal configuración?

Sé que estas son un poco ... no preguntas de 'espacio', ¡pero tampoco estoy seguro de que las personas en un foro de jardinería tengan información sobre este tipo de configuración! Pensé que esta pregunta probablemente se le había ocurrido a otras personas aquí antes :)

Ya he leído algunos de ellos, pero si bien tienen preguntas similares, no parecen tener muchas respuestas (al menos para las preguntas que tenía). Uno de ellos mencionó que se necesitan 1500 W para 8 m2 de algas, lo que al menos parece ser correcto, aunque no estoy seguro de cómo llegan a ese valor. Creo que tenía algo que ver con el poder del sol sobre esa área de tierra en la tierra. Los tiempos de crecimiento reales no se mencionan en absoluto, sospecho que es algo en lo que la gente no piensa o pasa por alto jaja.
Está bien escucharlo. No los estoy proponiendo como duplicados. Al incluirlos en un comentario, se convierten en preguntas vinculadas que también pueden ser útiles para futuros lectores. ¡Es una pregunta interesante por cierto! Si no tiene suerte aquí, puede moverlo a Biología SE o hacer una pregunta diferente pero relacionada allí simultáneamente.
También he estado investigando por separado, pero cuando busco la potencia estándar del LED para un metro cuadrado, está en algún lugar alrededor de 300 W ... Ahora me doy cuenta de que la respuesta del 'traje espacial que usa algas' también dice 300 W, pero luego da la potencia para 8m2 como "1000-1500w", cuando debería ser más como 2000-2500w. Tal vez un error tipográfico. Incluyendo bombas, etc., sospecho que 2500W está más cerca de la respuesta correcta. Puedo intentar pedir una variación de esto en Biology SE, específicamente para las tasas de crecimiento, tal vez. Veré si alguien más opina por aquí. ¡Me alegra que a ti también te resulte interesante!
Tengo algunas ilustraciones genéricas de la absorción espectral de algunas clorofilas en ¿ Son necesarios dos colores (rojo + azul) para las luces de cultivo LED, o cualquiera de los colores sería suficiente? . La luz solar a 1 UA es de aproximadamente 1360 W/m^2, aproximadamente 900 W/m^2 a nivel del mar (al mediodía si la superficie normal apunta hacia el Sol) y aproximadamente el 40% de eso (350 W/m^2) está en lo visible Pero la clorofila solo puede usar una fracción incluso del espectro visible. Entonces, si los LED estuvieran espectralmente optimizados, ¡supongo que 100 W / m ^ 2 de esa luz LED roja / púrpura es mucho más que suficiente!
Una revisión rápida aquí y especialmente aquí sugiere que para la iluminación LED roja+azul la potencia podría ser de 20-30 W/m^2. Los LED monocromáticos tienen una eficiencia aproximada del 50%, por lo que la energía eléctrica requerida podría ser el doble. Además, los datos espectrales solares disponibles en los enlaces que se encuentran en esta respuesta
Gracias por los datos sobre ellos, aunque el alga que parece 'la mejor' (o al menos la que he encontrado ideal para este uso), es en realidad un alga azul-verde más rara. Lo que significa que hace uso de una gama más amplia del espectro de luz que las plantas normales. No estoy seguro de si eso es una ventaja o no, puede ser parte de la razón por la que crecen tan rápido y son tan eficientes (en términos relativos).
El enlace que condujo a este artículo ( arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1406/1406.3016.pdf ) termina con un ejemplo de 307 W para un área de 12' por 12', que es un poco más grande que un metro cuadrado. . Entonces, 300 W todavía parece una sobreestimación conservadora para un metro cuadrado. No he visto ningún lugar que parezca corroborar el otro enlace que dice 30W por metro cuadrado, eso parece extremadamente improbable.
¡Eso es 13 veces más grande que un metro cuadrado! 12 'significa 12 pies o aproximadamente 3,66 metros, por lo que el área es de aproximadamente 13,2 m ^ 2, y 300 W / 13,2 m ^ 2 es aproximadamente 23 W / m ^ 2.
Ahh lo siento, estoy cansado, mi cerebro lo pensó como "12 pies cuadrados" en lugar de 12x12. Me pregunto por qué las luces de cultivo LED generalmente reciben valores mucho más altos. Incluso se dice que los cultivos de 'poca luz' como la lechuga tienen 30W por pie cuadrado, lo que sería 300w por metro cuadrado (¿creo?)
excelente pregunta! No estoy seguro de dónde sería mejor hacer una pregunta separada en SE. ¿ Posiblemente Biología SE o Sustentabilidad SE ?
Voy a darle una oportunidad a Biología :)

Respuestas (1)

  1. Requerimiento de energía: GRANDE

Según Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Photosynthetic_efficiency , la máxima eficiencia fotosintética teórica de las plantas que utilizan la luz solar es del 11 %, pero debido a la reflexión y la transmisión suele ser del 3 al 6 %. Se presentan cifras similares para algas en https://www.sciencedirect.com/topics/chemistry/photosynthetic-efficiency#:~:text=Photosynthetic%20efficiency%20of%20microalgae%20is,microalgae%20biomass%20produced%20by%20photolysis

La energía libre para convertir un mol de CO 2 en glucosa y O 2 es de 114 kcal (0,13 kWh).

La ISS usa 0,84 kg de oxígeno por persona por día, o 26 moles. Con, digamos, una eficiencia del 4,5%, esto requeriría 77 kWh por día, o 3,3 kW de forma continua.

Si esta energía es producida por células solares (con una eficiencia del 15 %), se necesitarían unos 21 metros cuadrados (o 1/10 de una cancha de tenis) mientras la ISS está expuesta a la luz solar directa. En LEO requeriría el doble de esa área del panel (más las baterías) debido al eclipse nocturno.

Pero los LED tienen solo un 35 % de eficiencia para convertir la electricidad en luz, así que ajústelos en consecuencia.

  1. Crecimiento de algas:

Para lograr eficiencia, las algas deben mantenerse constantemente en la combinación óptima de temperatura, concentración de nutrientes y densidad de algas. Esto significa un proceso continuo de adición de nutrientes y eliminación de algas, no un proceso por lotes. Si el biorreactor produce 26 moles diarios de oxígeno, también produciría alrededor de 750 g diarios de glucosa, proteínas y aceites. Se trataría de la ingesta calórica normal de una persona... pero solo si puede tragarse los batidos de hierba cortada que sabe que contienen sus propios excrementos.

Un biorreactor de algas inicialmente parece una gran idea para los viajes espaciales. Es muy elegante convertir los desechos de CO 2 y la caca de los astronautas en oxígeno y comida. Desafortunadamente, los requisitos de masa y energía del dispositivo lo hacen poco práctico para viajes en el sistema solar interior.

Debido a las dificultades de reabastecimiento, probablemente será obligatorio para los viajes interestelares.

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