¿Qué tan cerca está la ISS de un sistema cerrado, en términos de carbono, hidrógeno y oxígeno?

Question

¿Qué tan cerca está la ISS de un sistema cerrado, en términos de carbono, hidrógeno y oxígeno?

es
Espacio
soporte vital

nick s

Encontré este diagrama del flujo de material ISS ECLSS y noté el $CO_2$ siendo ventilado fuera de la estación.

Ahora, entiendo que esto está desactualizado ya que agregaron un sistema de reacción Sabatier para combinar el $CO_2$ de la atmósfera y $H_2$ de la hidrólisis para formar $H_{2}O$ y $CH_4$ . Pero el $CH_4$ todavía está ventilado fuera de la estación?

Claro, al final el carbono proviene de los alimentos que comen los astronautas, y en la ISS eso siempre tendrá que ser enviado desde la Tierra. Así que el ciclo del carbono nunca se cerrará. Supongo que los alimentos también suministran hidrógeno, por lo que ventilarlo con el carbón dejaría el mismo ciclo sin cerrar.

¿Pero parece que el oxígeno ahora se está reciclando casi por completo? ¿Es eso cierto? Entonces, ¿el único biomaterial importante que tienen que enviar en este momento es comida?

Básicamente, supongo que me pregunto cómo se ve el diagrama ECLSS actual.

Martín Schröder

AFAIK, la ISS no es totalmente hermética.

duct_tape_coder

¿Alguien más está perplejo/divertido por la aparente presencia de extraterrestres que revientan el pecho junto con los astronautas en el centro del diagrama? Traté de rastrear la fuente original del diagrama, pero parece que no tiene ninguna referencia: web.archive.org/web/20010124054000/http://science.nasa.gov/…

nick s

@duct_tape_coder lol, creo que son ratones, para representar otros organismos a bordo que necesitan soporte vital. En caso de que no haya quedado claro.

Respuestas (3)

¿Qué tan cerca está la ISS de un sistema cerrado, en términos de carbono, hidrógeno y oxígeno?

¿Alguien más está perplejo/divertido por la aparente presencia de extraterrestres que revientan el pecho junto con los astronautas en el centro del diagrama? Traté de rastrear la fuente original del diagrama, pero parece que no tiene ninguna referencia: web.archive.org/web/20010124054000/http://science.nasa.gov/…
@duct_tape_coder lol, creo que son ratones, para representar otros organismos a bordo que necesitan soporte vital. En caso de que no haya quedado claro.

Mármol Orgánico · Answer 1

No es tan bonito como tu diagrama, pero aquí hay uno que incluye el Sabatier.

El documento del que proviene esto afirma que todavía hay un "déficit de agua a largo plazo" que resulta en la necesidad de suministrar agua de reposición desde el suelo.

Siglas:

CDRA - Conjunto de eliminación de dióxido de carbono
CWC - Contenedor de agua de contingencia
CWC-I - Contenedor de agua de contingencia - Yodo (a pesar del nombre, que es un término heredado de Shuttle, el uso de estos contenedores es nominal)
ECLSS - Sistema de Control Ambiental y Soporte Vital
OGA - Conjunto de generador de oxígeno
UPA - Ensamblaje del procesador de orina
WPA - Ensamblaje del procesador de agua

Y así a la pregunta de "¿Qué tan cerca de cerrar...?" se puede decir algo? Por ejemplo, ¿los átomos de oxígeno circularían entre los astronautas cinco o diez veces antes de perderse o ventilarse irreversiblemente?
Intenté responder la pregunta en el cuerpo "Básicamente, supongo que me pregunto cómo se ve el diagrama ECLSS actual". no es la pregunta del titulo.
Ah, ya veo; la pregunta "evolucionó" sustancialmente de arriba a abajo.

nick s · Answer 2

Entonces, el diagrama publicado por Organic Marble es justo lo que estaba buscando. Pero pensé en publicar algo de información que descubrí sobre la química de lo que queda sin cerrar en el sistema.

Esto es en realidad de un enlace de Wikipedia que uhoh agregó a mi pregunta, y responde todo lo que quería saber, en cuanto a química.

el sistema actual

El artículo analiza cómo el sistema Sabatier básicamente les permite recuperar el oxígeno del exhalado $CO_2$ combinándolo con hidrógeno del agua:

2 H_{2} O \overset{h y d r o yo y s i s}{\to} 2 H_{2} + O_{2} + \overset{F o o d}{C} \overset{r mi s pag i r a t i o norte}{\to} C O_{2} + 2 H_{2} + \overset{a d d mi d}{2 H_{2}} \overset{s a b a t i mi r}{\to} 2 H_{2} O + \overset{d i s C a r d mi d}{C H_{4}}

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

Terminas con la misma cantidad de agua que pusiste, por lo que eliminando esos dos oxígenos y cuatro hidrógenos, dejando solo lo que se consume y produce, obtienes:

\overset{F o o d}{C} + \overset{a d d mi d}{2 H_{2}} \to \overset{d i s C a r d mi d}{C H_{4}}

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

¿De dónde viene el hidrógeno extra? El artículo de Wikipedia señala que esto se suministra por hidrólisis del agua, que es de donde proviene el "déficit de agua a largo plazo" que menciona Organic Marble .

Cerrando el ciclo

El artículo de Wikipedia también menciona posibles formas de recuperar el hidrógeno.

La pirólisis es una reacción simple que utiliza calor para separar el carbono del hidrógeno:

C H_{4} \overset{h mi a t}{\to} C + 2 H_{2}

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

El artículo menciona que el carbono terminaría como un depósito de grafito "fácil de eliminar" . Como indica la "[cita requerida]", la practicidad de esto aún está por verse.

Para evitar que los astronautas tengan que lidiar con cincelar un montón de grafito, podría realizar una pirólisis incompleta, desperdiciando algo de hidrógeno pero dejando el carbono en forma gaseosa como acetileno:

2 C H_{4} \overset{h mi a t}{\to} C_{2} H_{2} + 3 H_{2}

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

Una alternativa que aparentemente están investigando es reemplazar el Sabatier con la reacción de Bosch , que no desperdicia hidrógeno, pero una vez más deja a los astronautas lidiar con el carbono como grafito:

C O_{2} + 2 H_{2} \overset{h mi a t}{\to} C + 2 H_{2} O

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

Posdata

Si estás pensando "¡Espera, no solo comemos carbono puro como alimento!" entonces sí, tienes razón, incluso la primera ecuación no está completa.

La comida es complicada, pero si la simplificamos a azúcares como la glucosa ( $C_{6}H_{12}O_{6}$ ), que son básicamente grupos de $CH_{2}O$ , entonces se parece a:

2 H_{2} O \overset{h y d r o yo y s i s}{\to} O_{2} + 2 H_{2} + \overset{F o o d}{C H_{2} O} \overset{r mi s pag i r a t i o norte}{\to} H_{2} O + C O_{2} + 2 H_{2} + \overset{a d d mi d}{2 H_{2}} \overset{s a b a t i mi r}{\to} 3 H_{2} O + \overset{d i s C a r d mi d}{C H_{4}}

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

Básicamente, el hidrógeno y el oxígeno de los alimentos terminan produciendo más agua, que termina en el sistema de estaciones. La comida termina siendo otra forma de reabastecer el suministro de agua de la estación.

De hecho, la respiración de los alimentos te hidrata completamente independientemente de su forma real. $H_{2}O$ ¡contenido! Hay roedores del desierto que en realidad no beben agua, sobreviviendo solo con el agua liberada de su comida.

"astronautas que tienen que lidiar con cincelar un montón de grafito": ¿hacer crecer el grafito en forma de cilindros estrechos para guardarlos en recipientes de plástico reutilizables como instrumento de escritura? ¿Cuánto tiempo le toma a un astronauta exhalar suficiente material para un solo lápiz?

UH oh · Answer 3

Según el artículo de Space.com Astronaut Says It 'Smells Great' Inside the International Space Station (Video) :

para CO ${}_2$ $\rightarrow$ O ${}_2$ : casi el 50%

Los científicos de la NASA también están tratando de mejorar el porcentaje de dióxido de carbono que se recicla nuevamente en oxígeno. En este momento, el sistema de soporte vital convierte un poco menos del 50 por ciento, pero esperan que la tecnología futura pueda reciclar al menos el 75 por ciento, si no todo el dióxido de carbono a bordo.

El narrador del video que se muestra allí dice:

En la estación, si todos los sistemas funcionan, podemos reciclar un poco menos del 50% del dióxido de carbono en oxígeno.

Para H ${}_2$ O: 93%

"Queremos aumentar el nivel de reciclaje de desechos más allá de lo que hacemos ahora en la estación. Nuestro sistema de agua de la ISS puede reciclar alrededor del 93 por ciento de las aguas residuales para convertirlas en agua limpia", dice en el video Molly Anderson, tecnóloga principal de la NASA. . Los científicos de la NASA planean llevar pronto una tecnología de demostración a la estación que debería poder recuperar la mayor parte del otro 7 por ciento, que se conoce como "salmuera".

¿Qué tan cerca está la ISS de un sistema cerrado, en términos de carbono, hidrógeno y oxígeno?