¿Qué tan eficiente sería para un puesto de avanzada usar vehículos impulsados ​​por humanos?

Los vehículos propulsados ​​por humanos utilizados dentro de ciudades con cúpulas o cavernas parecen ser extremadamente plausibles. Una forma de verlo es que una bicicleta simple es menos compleja que un vehículo motorizado. La fuente de energía (también conocida como Humano) es extremadamente compleja y necesita mucho mantenimiento, pero dado que ya tenemos un humano en funcionamiento y queremos llevarlo a otro lugar, una bicicleta o scooter es una buena manera de hacerlo a un costo mínimo. Por supuesto, la ciudad debe ser lo suficientemente grande como para justificar no simplemente caminar. Los seres humanos siempre necesitan algo de ejercicio, por lo que dentro de un biodomo, el uso de un vehículo impulsado por humanos puede contribuir a algunos de los requisitos de ejercicio de un ser humano. En ese sentido, es gratis.

Fuera de una biosfera artificial, en el duro vacío del espacio o bajo una atmósfera tenue, nos encontramos con más problemas. En igualdad de condiciones, un sistema de soporte vital sustentaría a un ser humano en un vehículo motorizado mucho más tiempo que en un vehículo impulsado por humanos.

Tuve algunos problemas para encontrar los números exactos, pero aquí hay un estudio que muestra cuánto respira un ser humano adulto por minuto:

Un ser humano simplemente sentado en un vehículo respira de 9 a 10 l/minuto, mientras que hace un ejercicio algo extenuante, respirará al menos 30 l/minuto. El soporte vital tiene que trabajar al menos 3 veces más, hasta 6 veces más. Lo que esto significa es que cada minuto que pasa andando en bicicleta, sería un minuto menos de trabajo que se podría hacer, o de 2 a 5 minutos menos de trabajo si el trabajo consiste principalmente en estar parado. O si viaja a algún lugar, el rango máximo se reduce a la mitad o peor.

Hay una solución obvia: aumentar el tamaño del sistema de soporte vital. Esto tiene un problema igualmente obvio: el ser humano tiene que llevar el sistema de soporte vital por sus propios medios y, por lo tanto, trabajar aún más.

Creo que hemos establecido que los humanos se vuelven mucho más difíciles de mantener una vez que están resoplando y resoplando, dejando de lado el problema del oxígeno, la pregunta es, ¿cómo se compara la eficiencia con los motores eléctricos? Una vez más, no fue demasiado fácil encontrar respuestas claras a esto, pero uno podría consultar este artículo: http://physics.ucsd.edu/do-the-math/2011/11/mpg-of-a-human/

Ese artículo y otras fuentes afirman que un ser humano tiene una eficiencia de alrededor del 25 % para convertir la energía de los alimentos en energía cinética (es decir, en una bicicleta). Esto se compara desfavorablemente con un motor de combustión interna, con una eficiencia de alrededor del 40%, y muy desfavorablemente con un motor eléctrico, con una eficiencia de alrededor del 90%. En este caso, la energía perdida se convierte en calor. Un ser humano que emite 250 vatios de potencia, también genera 750 vatios de calor. Un motor eléctrico generaría unos 30 vatios de calor. Desafortunadamente para el ser humano, todo ese calor residual es algo de lo que el soporte vital tiene que deshacerse, a través de radiadores (pesados) y/o enfriamiento activo (intensivos de energía).

Ahora echemos un vistazo a la carga de la batería. Los paneles solares tienen una eficiencia de alrededor del 30 % en la conversión de la luz solar en electricidad; puede ser mayor o menor, pero el 30 % es un promedio razonable, suponiendo que el entorno sea casi un vacío. La carga de baterías puede ser extremadamente eficiente: 80-90% para baterías de litio. Entonces, de la luz solar capturada, el 30 % x 90 % x 90 % = 24 % se convierte en energía mecánica que acciona el motor.

Y echemos un vistazo a la carga del ser humano. El artículo de wikipedia sobre la eficiencia fotosintética es bastante bueno. En resumen, la mayoría de las plantas de cultivo tienen una eficiencia del 0,25 al 0,5 % en la creación de energía alimentaria. Eso le daría al ser humano una abismal 0,5% * 25% = 0,125% de eficiencia. Incluso con algas realmente eficientes o algo así, todavía estaríamos luchando para romper el 5% de eficiencia.

Se ve realmente mal para los humanos, pero para colmo de males, los paneles solares pueden colocarse afuera en el vacío. Las plantas necesitan un sistema de soporte de vida completo propio, agua, atmósfera, temperatura, fertilizantes, todas estas cosas deben ser reguladas.

TL; DR Un vehículo impulsado por humanos es mucho menos eficiente que un vehículo eléctrico: desde la luz solar hasta la energía cinética, solo alrededor del 1% es tan eficiente. Los vehículos impulsados ​​por humanos podrían estar justificados dentro de un biodomo, ya que los humanos necesitan hacer ejercicio de todos modos. Pero en un vacío o en una atmósfera hostil, los requisitos excesivos de soporte vital para un ser humano que realiza un ejercicio extenuante harían que los vehículos impulsados ​​por humanos fueran mucho menos prácticos que los vehículos eléctricos.