Editar: parece que cometí un error con la naturaleza de esta pregunta. Accidentalmente confundí esto con otra idea mía con branquias artificiales para humanos. Supongamos ahora que esta pregunta está dirigida a que los humanos desarrollen su equivalente para sus necesidades durante el buceo. Lo siento mucho por los que ya respondieron.
Pensé en probar una toma de branquias artificiales para humanos. Y ya he leído algunas respuestas aquí; sacando cosas como:
Mientras algunos desaprobaban las branquias externas grandes, me preguntaba si la electrólisis podría ayudar.
De acuerdo con una respuesta a ¿Cómo aislarían los tritones una casa submarina? , la electrólisis podría usarse para dividir el hidrógeno y el oxígeno en el agua para reoxigenarla en general. Los posibles beneficios adicionales podrían ser:
Elegí colocarlos en grandes "alas" en la espalda, imitando a los nudibranquios como se sugiere en una respuesta a Sistema respiratorio anatómicamente razonable para tritones derivados de humanos .
¿Y aparentemente el agua salada es un buen conductor? Al menos según otros aquí. Entonces, si eso significa que puede salirse de control fácilmente, tal vez se necesite un voltaje bajo para no cometer ejecuciones masivas de formas de vida, incluido uno mismo.
Editar: olvidé mencionar que las branquias no son parte del cuerpo, sino un mecanismo en lugar de un tanque de buceo normal. Cuando no están sumergidas, las branquias se retraen dentro del paquete. Un tubo conecta la mochila a una especie de casco de buceo. Aquí es donde podría tener que entrar la ciencia ficción. Quería que el casco fuera una especie de membrana semipermeable biológica. Cuando está en el agua, el oxígeno es atraído y absorbido mientras que otras sustancias dañinas son rechazadas. Las "branquias" funcionan de manera similar. Para prevenir la toxicidad del oxígeno, pensé que podrían basarse en un gas de "relleno" como el nitrógeno para imitar o poseer aire para ayudar a prevenir la sobrecarga de oxígeno. Recuerdo haber estudiado para esto y encontré este artículo https://www.sea-people.com/new-blog/2020/3/28/artificial-gills. Pero no estoy seguro del efecto que tendrá la electrólisis en eso, y mucho menos la presión del agua.
Adjuntaré un dibujo en algún momento para ilustrar mejor mi diseño (sin juego de palabras).
No eres la primera persona que piensa en esto... Peter Watts usa este tipo de fuente de oxígeno en su ficción submarina, incluyendo Starfish ( la historia completa está disponible en su sitio web de forma gratuita ) y en un fragmento de cuento .
A los rifters en Starfish se les reemplazó un pulmón por un sistema que realiza el intercambio de gases apropiado, eliminando todos los problemas de cosas malas que se disuelven dentro y fuera de los fluidos corporales bajo presión extrema, y este último tiene un sistema más simple que produce gas respirable que es inhalado por un humano no modificado.
No puedo decir en qué sistema está específicamente interesado, aunque tenga en cuenta que el primero es más invasivo y necesita un sistema de intercambio de gases directo con sangre bombeada a través de él (un poco como ECMO, quizás combinado con respiración líquida, evitando cualquier alta ) . etapas de gas a presión) para que entre oxígeno y salga CO 2 . Este último sistema utiliza los pulmones del buzo para este propósito (efectivamente, buceo con hidrox ). Eso es obviamente más simple y poco invasivo, pero no resuelve los problemas de narcosis por gases o las curvas . No entraré en más detalles aquí, pero obviamente hay detalles de los que debes preocuparte.
Sin embargo, consideremos sus ideas de diseño:
Elegí colocarlos en grandes "alas" en sus espaldas
Un atleta aeróbico profesional podría estar respirando a 150 litros de aire por minuto al nivel del mar mientras trabaja duro, y esto parece un nivel aceptable de "rendimiento máximo". Se consume alrededor del 5% de cada bocanada, lo que le da un flujo máximo de O2 de solo un octavo de litro por segundo.
La densidad del oxígeno en STP es de aproximadamente 0,04013 mol/dm 3 (un poco menos que el gas ideal equivalente ), por lo que podemos ver que nuestro atleta necesita ~5mmol de oxígeno por segundo.
Hay un solo átomo de oxígeno por molécula de agua. Por lo tanto, necesitamos 10 mmol de agua para general 5 mmol de O2. El peso molecular del agua es de 18,01528 g/mol, por lo que puede satisfacer todas sus necesidades de oxígeno a partir de 0,18 g de agua pura por segundo... ¡un flujo equivalente a solo 10 ml por minuto! (y si está interesado en verificar mis resultados, esta respuesta química.SE lo ayudará)
Obviamente, las tasas de flujo en un dispositivo real probablemente serían más altas, porque no desea que su celda de electrólisis se seque por completo. Esto evita la obstrucción de materiales disueltos como la sal o los carbonatos de calcio y evita que el gas liberado se caliente demasiado.
Puede ver que puede suministrar toda el agua que necesita para sus necesidades de branquias de electrolisis desde una bomba diminuta, con un orificio de entrada diminuto (o varios orificios para reducir el riesgo de bloqueo). De manera similar, se necesitaría un pequeño orificio de ventilación (o una serie de orificios) para ventilar cualquier exceso de gas, que será de 10 mmol/s de H2 si está oxigenando directamente la sangre del buceador.
Un ser humano en reposo necesita más de 5-8 l/m de aire, que es mucho menos que un atleta, por lo que alguien que flote o reme suavemente necesitará un orden de magnitud menos de agua.
Nota: si está generando gas para inhalar , deberá dividir más agua para proporcionar suficiente hidrógeno para diluir el oxígeno, ya que respirar a una presión parcial alta de oxígeno produce una toxicidad aguda por oxígeno que puede ser fatal. Esto significa que generará un exceso de oxígeno que tendrá que ser expulsado al mar, en lugar de un exceso de hidrógeno. Recuerde que, si bien el hidrox es potencialmente peligroso en circunstancias normales, no está generando ni almacenando grandes cantidades del material, y lo que genera se consume inmediatamente o se ventila. Debería permitirle bucear con seguridad a profundidades de más de 200 m sin riesgos de narcosis. Aún se requerirá una descompresión cuidadosa, pero esto podría ser más seguro y más fácil que el heliox .buceo.
No hay necesidad de grandes superficies para la extracción de agua por electrólisis .
¿Y aparentemente el agua salada es un buen conductor?
Lo es, pero hemos establecido que su electrolizador puede ser bastante pequeño y, por lo tanto, estar bien protegido. Si es necesario, podría funcionar en un modo de funcionamiento pulsado en el que el agua que se electroliza está aislada eléctricamente del exterior mediante válvulas, y cuando se expulsa el hidrógeno residual, se puede aspirar agua para volver a llenar la cámara. Las especies electroceptivas como los tiburones pueden notar que su dispositivo está funcionando, pero no sabría decir si lo encontrarían interesante o desagradable.
Los requisitos de energía son un problema un poco más grande. El agua necesita 237,24 kJ/mol para dividirse, por lo que para dividir la tasa requerida de 10mmol de agua por segundo, necesita una fuente de alimentación de ~2380W, que a los 1,23v necesarios equivale a una corriente de casi 2KA. Esto es equivalente a la fuente de alimentación necesaria para soldar. ¡Querrá una celda de combustible o un paquete de baterías decente para impulsar su suministro de aire!
Por supuesto, una persona normal podría necesitar tan solo una décima parte de la tasa de flujo de un atleta profesional, lo que requiere una fuente de alimentación razonable de 238 W , más como una bicicleta eléctrica que obviamente se puede lograr con la tecnología de batería moderna sin ser demasiado voluminosa o costosa. Incluso el atleta no puede mantener los niveles de esfuerzo de carrera durante mucho tiempo, en comparación con la duración probable de una inmersión.
En cualquier caso, las futuras celdas de combustible deberían brindar una densidad de energía bastante buena, y los futuros avances en la fotosíntesis artificial deberían proporcionar el combustible que se puede producir convenientemente en el mar en la superficie.
Sin duda, se requerirá alguna habilidad química adicional. Por ejemplo, la electrólisis del agua salada puede liberar cloro gaseoso que probablemente no quiera respirar, y los iones de cloruro pueden dañar el equipo de electrólisis. Ya existen algunas investigaciones en esta área, aunque vale la pena considerar que algunos tipos de daño (¡o sabotaje!) a sus pulmones electrolíticos en el agua de mar aún podrían causar la liberación de cloro.
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