Hydroponische Tanks ?

In der Science Fiction wird oft geschildert, dass in Raumschiffen Atemluft über sog. "hydroponische Tanks" erzeugt wird. In diesen Tanks befinden sich Algen, die über die natürliche Photosynthese das CO2 aus der Atemluft entfernen, und Sauerstoff produzieren.

Warum wird ein ähnliches System nicht einmal auf der ISS getestet ? Anstatt immer nur störanfällige und wartungsintensive elektrische Systeme zu entwickeln, könnte man doch auf bewährte biologische Verfahren zurück greifen.

Hat sich jemand schon mit diesem Thema beschäftigt ?

Hallo,

wäre ein Baum* weniger anfällig? Hier auf der Erde wachsen die "von selbst". Was muss man alles mit in die Schwerelosigkeit nehmen und dort unterhalten, damit ein Baum "arbeitet"? Wasser, Nährstoffe, Kreisläufe, Kleintiere ...


*oder jedes andere "Pflanzensystem".

Anstatt immer nur störanfällige und wartungsintensive elektrische Systeme zu entwickeln, könnte man doch auf bewährte biologische Verfahren zurück greifen.

Ein Ingenieur lernt aus Fehlern ...

Und noch ein Aspekt aus der systemischen Perspektive:

Ein biologisches (geschlossenes) System ist sicherlich nicht leichter zu kontrollieren als ein künstliches/technisches. Biosphäre 2 hat ja in den 90ern gezeigt, wie schnell das schief geht und man es auch nicht retten kann. Während man eine Maschine direkt kontrollieren kann, ist das bei "einem Wald" höchstens mittelbar/indirekt möglich, samt Verlusten, Verzug und Unschärfe in der Regelung. Von daher ist ein biologisches System komplexer, risikoreicher und fehleranfälliger (in menschlichen Händen).

Und noch etwas weiter gedacht, u.a. aus den Geschehnissen in Biosphäre 2:

Es ist fraglich, ob ein Baum (bzw. jedes kleine biologische Teilsystem) isoliert funktioniert und stabil ist, zumindest im Vergleich wie es sich auf der Erde selbst reguliert. Wenn ich vor meinem Fenster einen Baum aufs Feld, in die Hecke oder in den kleinen Wald pflanze, dann wird er da leben und die Bestehenden leben lassen. Ich bezweifle aber, dass ein isolierter Baum samt Erdreich, Wasser, Nährstoffen und Atmosphäre im Gleichgewicht bleibt. Jede Pflanze auf der Erde kommt in ein schon bestehendes/funktionierendes System, welches Systemleistungen und "Infrastruktur" anbietet. Davon nimmt der Baum etwas und gibt etwas. Für sich alleine stehend, sieht die Summe für den Baum anders aus.

In dem Bereich bin ich selbst kein Experte, aber Vorsicht lässt mir den Gedankengang plausibel erscheinen.

Nun ja, du hast meinen Kopf mit der Idee offenbar doch gut beschäftigt . Aber mit ein paar Gedankengängen kann man es dann schon einschätzen. Gleichzeitig bin ich auch auf Arbeit oft "der Skeptiker" und Bremser. Vielleicht findet jemand noch weitere (positive) Aspekte.

Ein Großes System mit vielen Arten lässt sich nicht auf wenigen m³ realisieren, das hat Biosphäre 2 gezeigt.

Die Idee mit den Tanks ist im übrigen keine Science Fiktion
mit solchen Verfahren wird bereits Versuchsweise das CO2 von Kraftwerken gebunden

http://www.handelsblatt.com/technologie/co2-management/kraftwerk-laesst-abgas-durch-algen-filtern;2081813

Es gibt aber parallel zu diesem Projekt weitere Forschung daran,
ich habe von einer 8m³ Großen Anlage gelesen, die 600kg CO2 binden kann. Es war ein deutsches Projekt, wenn es jemand finden sollte bitte Posten.


hier noch etwas von Wikipedia
http://de.wikipedia.org/wiki/Algenreaktor

Aber mit Vorsicht zu genießen. Wahrheitsgehalt?


Zur Info

der Mensch Atmet 15 L/min
dabei Erzeugt er 4% CO2
Sind in einem Jahr 315m³ Co2
bei 1,2 kg/ m³ sind das 380kg CO2

das Gewicht von CO2 bei Normaldruck kenne ich nicht, ich habe das von Luft genommen, es ist aber glaube ich höher.

Für die Großindustrieelle anwendung wie in dem Bericht geschrieben ist das Verfahren heute noch nicht geeignet, es hat zu hohe Betriebskosten u Energiekosten (wahrscheinlich Pumpen und Reinigung der Glasflächen)

Für eine Anwendung aufeiner Station gelten diese Gegenargumente aber nicht, Energie und Anschaffungskosten spielen hier eine Untergeortnete Rolle.

Mir stellt sich aber die Frage, ob die erzeugte Biomasse als Abfall in die Progress geladen wird oder ob man daraus Nahrung erzeugen kann. Desweiteren, ob der Prozess als Kläranlage für Frischwasserproduktion dienen könnte.

Ein Großes System mit vielen Arten lässt sich nicht auf wenigen m³ realisieren, das hat Biosphäre 2 gezeigt.

Ja eben. Die Versuchsstellung war falsch.

Wieso bringt man Palmen und Nadelbäume und Ameisen und Käfer alles auf einen Fleck zusammen?

Eine Baumsorte, etwas Gras, evt. noch Flechten, und einen Konsumenten, fertig.

Mir stellt sich aber die Frage, ob die erzeugte Biomasse als Abfall in die Progress geladen wird oder ob man daraus Nahrung erzeugen kann. Desweiteren, ob der Prozess als Kläranlage für Frischwasserproduktion dienen könnte.

Algen kann man essen. Die Chinesen gehen sogar soweit, dass sie Heuschrecken (oder waren es Schnecken?) diese Algen fressen lassen und diese dann essen. In einer Versuchsanlage...

Zitat

Ein Großes System mit vielen Arten lässt sich nicht auf wenigen m³ realisieren, das hat Biosphäre 2 gezeigt.

Ja eben. Die Versuchsstellung war falsch.

Wieso bringt man Palmen und Nadelbäume und Ameisen und Käfer alles auf einen Fleck zusammen?

Eine Baumsorte, etwas Gras, evt. noch Flechten, und einen Konsumenten, fertig.

Zitat

Mir stellt sich aber die Frage, ob die erzeugte Biomasse als Abfall in die Progress geladen wird oder ob man daraus Nahrung erzeugen kann. Desweiteren, ob der Prozess als Kläranlage für Frischwasserproduktion dienen könnte.

Algen kann man essen. Die Chinesen gehen sogar soweit, dass sie Heuschrecken (oder waren es Schnecken?) diese Algen fressen lassen und diese dann essen. In einer Versuchsanlage...

Wenn die Aufgabenstellung Sauerstoff- u Nahrungsproduktion sein soll dürfen wir nicht mit den Ideene von ÖkoUtopisten an die Sache herangehen und und uns eine Kuppel mit einer Parklandschaft mit Bäumen Wiesen und hoppelnden Kaninchen vorstellen. 

Es muss eine kompackte Lösung her, der Ansatz mit Algen in Tanks ist schon mal der richtig Weg, Wenn Pro Kopf 8 m³ Algenlösung benötigt werden, dann kommen da bestimmt noch mal das gleiche für Terchnik dazu, also 16m³ Pro Kopf also 96m3 für eine 6 Köpfige Besatzung.

Mit anderen Worten: Man ersetze die Hälfte der fehleranfälligen Technik durch unvorsehbar reagierende Biologie und hoffe, dass das Gesamtsystem besser wird. Eigentlich braucht es uns nicht zu wundern, dass so etwas bislang noch nicht erprobt wurde...

Solltre das System Funktionieren,

benötigt die Station 0 kg O2 und 0 kg Wasser und 0 kg Nahrung

mit einer Anhebung in einen höheren Orbit wäre die Station
quasi autark, da sehe ich schon eine Verbesserung gegenüber der gegenwärtigen Situation.

Wieviel KG O2, H2O, und Nahrun sind denn im Moment für 6 Personen nötig?

@Ruhri
Mit anderen Worten: Man sollte nicht versuchen eine halbwegs funktionierende Technik durch eine andere Technik zu ersetzen.

@holleser:

Autark?
Hoffentlich hast Du bei Deiner Null-Rechnung keine Faktoren vergessen.

Wichtig wäre eine gesicherte Sauerstoff- und Wasserversorgung bei längeren Flügen, wie etwa zum Mars oder darüber hinaus.
Dabei wird es zunehmend dunkel und das Licht für Photosynthese und Energieversorgung wird knapp.
Die Tankwände müssen transparent sein, damit so viel Licht wie möglich für die Photosynthese zur Verfügung steht.
Wie steht es dann mit dem Micro Meteoriten Schutz?

Hattest Du schonmal ein Aquarium? War das autark?
Nach einiger Zeit sind die Scheiben verschmutzt und es kommt deutlich weniger Licht rein.
Rohre und Leitungen verstopfen: Dann bricht die Sauerstoffversorgung zusammen und der Organismus (Algen) stirbt ab.
Ein Organismus wird krank. Wie soll man ihn behandeln?
Ein Organismus muß sich ständig erneuern, daß heißt, die Zellen müssen sich teilen und alte Zellen sterben ab. Wie soll man die abgestorbenen Zellen entsorgen?
Organismen reagieren empfindlich auf veränderliche Umweltbedingungen. Manchmal können sie sich anpassen, manchmal sterben sie aus, oder ziehen sich zurück.
Das ist schwer zu kalkulieren.
Der Wassebedarf von Algen ist nicht null. Sie brauchen einen riesigen Tank voll Wasser. Diese Masse muß erstmal ins All gebracht und jedesmal mit beschleunigt werden, was viel Energie benötigt.
Das Wasser muß energieaufwändig klimatisiert und bewegt werden. Die dafür benötigten Aggregate, wie Pumpen, Heizung, Kühlung und zahlreiche Sensoren müssen ständig gewartet und gereinigt werden.

Ich bezweifle, daß der technische Aufwand bei hydroponischen Tanks geringer ist, als beim Oxygen Generation Assembly.
Auf jeden Fall ist das Risiko und die Störanfälligkeit bei biologischen Systemen größer.
Gewiß habe ich noch einige Faktoren vergessen.

Eine Maschine können wir vielleicht beherrschen - aber biologische Systeme?

Solltre das System Funktionieren,
benötigt die Station 0 kg O2 und 0 kg Wasser und 0 kg Nahrung

Das wäre dann ein geschlossenes Lebenserhaltungssystem. Davon sind wir noch meilenweit entfernt.
An einem geschlossenen(!) Nahrungsmittelkreislauf wird meines Wissens auch noch gar nicht geforscht.

Aber um zurück zum Algentank zu kommen. In der Raumfahrt spielt die Leistung pro Masse eine sehr große Rolle. Und da ist der Algentank doch sicherlich einiges schlechter als die verwendeten Maschinen. Zur Beherschbarkeit wurde ja schon einiges gesagt...

@holleser:

Autark?
Hoffentlich hast Du bei Deiner Null-Rechnung keine Faktoren vergessen.

Wichtig wäre eine gesicherte Sauerstoff- und Wasserversorgung bei längeren Flügen, wie etwa zum Mars oder darüber hinaus.
Dabei wird es zunehmend dunkel und das Licht für Photosynthese und Energieversorgung wird knapp.
Die Tankwände müssen transparent sein, damit so viel Licht wie möglich für die Photosynthese zur Verfügung steht.
Wie steht es dann mit dem Micro Meteoriten Schutz?

Hattest Du schonmal ein Aquarium? War das autark?
Nach einiger Zeit sind die Scheiben verschmutzt und es kommt deutlich weniger Licht rein.
Rohre und Leitungen verstopfen: Dann bricht die Sauerstoffversorgung zusammen und der Organismus (Algen) stirbt ab.
Ein Organismus wird krank. Wie soll man ihn behandeln?
Ein Organismus muß sich ständig erneuern, daß heißt, die Zellen müssen sich teilen und alte Zellen sterben ab. Wie soll man die abgestorbenen Zellen entsorgen?
Organismen reagieren empfindlich auf veränderliche Umweltbedingungen. Manchmal können sie sich anpassen, manchmal sterben sie aus, oder ziehen sich zurück.
Das ist schwer zu kalkulieren.
Der Wassebedarf von Algen ist nicht null. Sie brauchen einen riesigen Tank voll Wasser. Diese Masse muß erstmal ins All gebracht und jedesmal mit beschleunigt werden, was viel Energie benötigt.
Das Wasser muß energieaufwändig klimatisiert und bewegt werden. Die dafür benötigten Aggregate, wie Pumpen, Heizung, Kühlung und zahlreiche Sensoren müssen ständig gewartet und gereinigt werden.

Ich bezweifle, daß der technische Aufwand bei hydroponischen Tanks geringer ist, als beim Oxygen Generation Assembly.
Auf jeden Fall ist das Risiko und die Störanfälligkeit bei biologischen Systemen größer.
Gewiß habe ich noch einige Faktoren vergessen.

Eine Maschine können wir vielleicht beherrschen - aber biologische Systeme?

Es gibt noch kein einsatzbereites ISS-Algenmodul,
weiter oben habe ich den Forschungsstand gepostet.

Im Moment wird nun mal Wasser, Nahrung und O2 auf die ISS eingeflogen. Nachdem es verbraucht ist, hat man ein Entsorgungsproblem.

Also wäre doch jedes KG Nahrung und O2 ein kg Weniger zu transportieren.




Ich Bessitze übrigens ein Aquarium, und weis um die Probleme.
Die Reinigung ist übrigens beim ALgenreaktor bestandteil der Forschung

Der Algenreaktor ist ja auch  kein Biotop sondern am ehesten noch mit einer Kläranlage zu vergleichen.

Das Licht kann über Kunstlicht oder Über LWL in den Reaktor im inneren eines normalen Moduls geführt werden.

Das Thema Autarkie hatten wir schonmal.

Die ESA hat nahezu 10 Jahre daran geforscht - Melissa / BIORAT.

Der Bedarf an Versorgung auf der ISS liegt lt. Dordain bei 6kg pro Tag und Person.

In der Raumfahrt spielt die Leistung pro Masse eine sehr große Rolle. Und da ist der Algentank doch sicherlich einiges schlechter als die verwendeten Maschinen.

Damit wäre so ein System beschränkt auf Anwendungsbereiche, wo man Ressourcen aus der Umgebung nutzen kann. Zum Beispiel bei einer Mondbasis, wenn man da Wasser fördern kann. Aber im Orbit ist das bei den derzeitigen Trägersystemen illusorisch

Also wäre doch jedes KG Nahrung und O2 ein kg Weniger zu transportieren.

Du vergisst, dass man erst den sehr schweren Reaktor transportieren muss. Nur wenn der weniger wiegt, als die Frachttransporte, die durch die Reaktorleistung eingespart werden können, lohnt sich der Aufwand. Und so ein hydroponischer Tank wäre extrem schwer.

mfg websquid

Sicherlich ist das eine möglichkeit für die Zukunft aber nicht für die Gegenwart oder die nahe Zukunft.
Zuviele Probleme müßen erst noch gelöst werden bis es soweit ist. Nicht nur die hier schon erwähnten sonder auch die, an die wir hier  gar nicht denken, weil wir uns mit der kompliezerten Ökologie und Biologie garnicht aus kennen.

Mfg Collins

Du vergisst, dass man erst den sehr schweren Reaktor transportieren muss. Nur wenn der weniger wiegt, als die Frachttransporte, die durch die Reaktorleistung eingespart werden können, lohnt sich der Aufwand. Und so ein hydroponischer Tank wäre extrem schwer.

Naja, selbst wenn man ein paar wenige Transporte mehr bräuchte, würde es sich als Forschungsinvestition auszahlen. Außerdem weiß man ja nie, ob die ISS nicht doch länger betrieben wird

Man könnte doch nur den Behälter rauffliegen und das ganze mit teilrecycletem Urin füllen. Algen vertragen sowas.

Sicherlich ist das eine Möglichkeit für die Zukunft aber nicht für die Gegenwart oder die nahe Zukunft.
Zuviele Probleme müßen erst noch gelöst werden bis es soweit ist. Nicht nur die hier schon erwähnten sonder auch die, an die wir hier  gar nicht denken, weil wir uns mit der komplizierten Ökologie und Biologie gar nicht aus kennen.

Und genau das ist das Problem. Wenn man immer nur auf die Probleme schaut, und niemals bereit ist, auch etwas neues zu wagen, wird die Raumfahrt auch nie vorankommen. Der Algenreaktor ist dazu doch nur ein austauschbares Beispiel. Vielleicht kennen wir uns mit Ökologie und Biologie noch nicht so richtig aus. Dann sollten wir es eben lernen.

Ich vermisse bei der ISS einmal richtige Innovationen. Es gibt tolle Konzepte, technische Visionen. Spontan fällt mir dazu auch das Transhab ein (aufblasbares Atmosphärenmodul). Doch vor Ort gebaut wird am Ende doch nur die bekannte Standarttechnik. Die ISS ist bisher den Beweis schuldig geblieben, für einen echten Neuaufbruch in der Raumfahrt zu stehen. Stattdessen werden nur die Reste schon bestehender Weltraumprogramme verwertet.

Gerade in der Raumfahrt gilt (heute): Eile mit Weile. Revolutionen werden wir im Einsatz nicht sehen, stattdessen Evolution.

Man könnte doch nur den Behälter rauffliegen und das ganze mit teilrecycletem Urin füllen. Algen vertragen sowas.

Wie lange sollen die Astronauten denn da reinpinkeln, bis so ein Tank voll ist? Nach hollesers Rechnung sprechen wir hier über ca 100 Tonnen! Die eigentliche Technik kommt noch dazu. Meiner Meinung nach könnte man sowas als Forschungssystem in kleinem Maßstab realisieren, aber für die ISS auf keinen Fall als relevanten Teil der Versorgung einplanen. (Für ein Nachfolgesystem dann vielleicht schon)

Also NASA, ESA, Roskosmos, etc forscht daran! 1m³ reicht mir für den Anfang schon

mfg websquid

Die eigentliche Technik kommt noch dazu.

Naja, die Technik heißt DNS und reproduziert sich selber
Und dann halt noch ne Pumpe, für den besseren Gasaustausch.

Meiner Meinung nach könnte man sowas als Forschungssystem in kleinem Maßstab realisieren, aber für die ISS auf keinen Fall als relevanten Teil der Versorgung einplanen. (Für ein Nachfolgesystem dann vielleicht schon)

Das ist ja der Hintergedanke. Wenn es im kleinen Masstab funktioniert, kann man es als Ergänzung und später als Hauptsauerstoffquelle nehemen.

Naja, die Technik heißt DNS und reproduziert sich selber
Und dann halt noch ne Pumpe, für den besseren Gasaustausch.

Nein, die Technik nennt sich "Lebenserhaltungssystem". Die Organismen müssen in der lebensfeindlichen Umgebung des Weltalls ja auch irgendwie überleben.

Außerdem muss man den Sauerstoff und das Kohlendioxid ja auch irgendwie zwischen den Tanks und den bewohnten Teilen hin und her transportieren. Die Astronauten wollen sicherlich nicht in einem Algentank leben und arbeiten.

Es wird daran geforscht. Soweit ich mich erinnere hatte ein Tscheche oder Slowake schon vor Jahren einen entsprechenden Versuch mit oben.

Und gerade jetzt beginnt in Spanien ein Zweijahresversuch: Micro-Ecological Life Support System Alternative (http://www.dradio.de/dlf/sendungen/forschak/1224945/).

Zitat von: runner02 am 21. Juli 2010, 14:29:29

Naja, die Technik heißt DNS und reproduziert sich selber
Und dann halt noch ne Pumpe, für den besseren Gasaustausch.

Nein, die Technik nennt sich "Lebenserhaltungssystem". Die Organismen müssen in der lebensfeindlichen Umgebung des Weltalls ja auch irgendwie überleben.

Außerdem muss man den Sauerstoff und das Kohlendioxid ja auch irgendwie zwischen den Tanks und den bewohnten Teilen hin und her transportieren. Die Astronauten wollen sicherlich nicht in einem Algentank leben und arbeiten.

Da die Organismen außerdem die schlechte angewohnheit haben sich zu vermehren und auch abzusterben muß man ja irgendwo damit bleiben.

Raus vor die Tür ist nicht.   

Also Essen daraus Produzieren was auch noch einiger maßen schmeckt.
Aber wie? Auch dies will gelöst sein.

Mfg Collins

Also Essen daraus Produzieren

Das wäre ja noch leicht: ein feines Sieb durchs Wasser ziehen, dann hast du nen grünen Brei aus Algen, der Kohlenhydrate, Eiweiße und Spuren von Fetten enthielte...

was auch noch einiger maßen schmeckt.

Das wäre eher das Problem, aber könnte man da nicht einfach etwas Ketchup dazugeben?  So machens die Amis gern....