435nm. Жить за пределами Земли!

Всем привет!

Важная веха в нашем проекте.

Первый этап создания установки для дыхания человека с помощью микроводорослей завершен. Мы сделали установку из серийных кислородных концентраторов, позволяющую выделять из газовой смеси углекислый газ, выдыхаемый человеком. На следующем этапе углекислый газ будет поступать в фотобиореактор с микроводорослями, которые будут перерабатывать его в кислород.

Более формальное описание того, что мы делали, и несколько фотографий ниже, а пока напомню, что больше информации в чате проекта https://t.me/chat_435nm.

Описание эксперимента с шестью кислородными концентраторами

Экспериментальная установка состоит из:

• Кислородных концентраторов DEDAKJ с низким уровнем шума, 2-9 л, 6 штук.
• Коллекторов на вход и на выдох, в которые выходили трубки от входов концентраторов и их кислородных выходов,
• Дыхательных мешков объемом 10 л каждый на вдох и на выдох,
• Гофротрубок от мешков к дыхательной маске,
• Дыхательной маски ППМ-88,
• Испытателя, дышащего в маске,
• Датчиков объемной концентрации CO2 и O2, располагающихся в коллекторе на вдох,
• Контроллера Arduino, опрашивающего датчики с частотой 1 Гц,
• Ноутбука с запущенным терминалом Putty для регистрации показаний датчиков.

Схема установки представлена на рисунке ниже.

Установка работает следующим образом:

1. Испытатель выдыхает газовую смесь, содержащую примерно 16% O2 и 50 000 ppm CO2.
2. Газовая смесь силой легких испытателя наполняет дыхательный мешок на выдох и поступает оттуда в коллектор.
3. Пять кислородных концентраторов забирают газовую смесь из коллектора по пяти отдельным трубкам, которые подают ее на входы каждого концентратора.
4. Шестой концентратор забирает воздух из атмосферы, имитирующей в данном случае газовую полость фотобиореактора.
5. В каждом концентраторе с помощью процесса короткоцикловой адсорбции входящий газовый поток разделяется на два: обогащенный по CO2 и обогащенный по O2, которые подаются на выходы CO2 и O2 соответственно.
6. Газовая смесь из выхода CO2 поступает в атмосферу.
7. Газовая смесь из выхода O2 по шести отдельным трубкам поступает в коллектор дыхательного мешка на вдох.
8. Из дыхательного мешка на вдох газовая смесь, обогащенная по кислороду и обеденная по углекислому газу, поступает для дыхания испытателю.

В течение ограниченного времени возможна работа установки в полностью автономном режиме, когда шестой концентратор питается не от атмосферы, а от дыхательного мешка на выдох. Однако в этом режиме объем газовой смеси в системе непрерывно уменьшается из-за того, что в процессе дыхания испытателя происходит необратимое преобразование кислорода в углекислый газ, который затем удаляется из газового объема установки кислородными концентраторами.

Работа одного из концентраторов на воздухе, поступающем из атмосферы, позволяет восполнять кислород в газовом объеме установки. Такое восполнение будет происходить в процессе работы кислородных концентраторов совместно с фотобиореактором. Углекислый газ, выдыхаемый испытателем, и отделенный от кислорода, будет подаваться в газовый объем фотобиореактора. Газ в цикле фотобиореактора после прохождения через емкость с фотосинтезирующими микроводорослями будет обогащаться по кислороду. Эта смесь будет подаваться в кислородный концентратор, который будет выделять из нее кислород и подавать его в газовый объем установки с кислородными концентраторами, и, в конечном итоге, испытателю для дыхания.

Также следует отметить, что в режиме работы шестого концентратора на воздухе из атмосферы, из газового объема установки постепенно будет удаляться в атмосферу не только углекислый газ, но и азот, что приведет к тому, что в дыхательный мешок на вдох будет поступать смесь из кислорода и остаточных количеств углекислого газа, аргона и азота.

Последовательность запуска установки:

1. В начальный момент кислородные концентраторы выключены, газовый цикл разомкнут и заблокирован: удалена заглушка в коллекторе на выдох, подача газа в дыхательную маску заблокирована, пережат гофрошланг на вдох.
2. Запускаются все шесть кислородных концентраторов, начинает наполняться дыхательный мешок на вдох.
3. Дыхательный мешок наполняется полностью.
4. Испытатель надевает маску, плотно фиксирует ее на лице.
5. Испытатель делает порядка десяти вдохов, убеждаясь, что дыхание происходит нормально.
6. Устанавливается заглушка в коллектор на вдох, газовый цикл замыкается.
7. Установка работает в стационарном режиме.

Результаты эксперимента

Зависимости концентраций углекислого газа и кислорода приведены на рисунке ниже.

На рисунке видно, что в течение всего эксперимента, не менее 20 минут, концентрация углекислого газа в дыхательном мешке на вдох не превышала 200 ppm, а концентрация кислорода составляла порядка 80%.

Испытатель сообщал о возможности дышать в полный объем легких.

Выводы по результатам эксперимента

На основании:

• стабилизации параметров газовой смеси в ходе эксперимента,
• поддержания газовой смеси пригодной для дыхания испытателя,
• хорошего самочувствия испытателя в ходе эксперимента,

можно сделать вывод, что создание установки с маской и адсорбером завершено.

Следующий большой этап работы по созданию установки, позволяющей дышать человеку с помощью микроводорослей - создание фотобиореактора подходящего объема, который будет перерабатывать весь выдыхаемый человеком углекислый газ в кислород. На текущем уровне представления - объем такого фотобиореактора составит 33 литра.