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:
- Испытатель выдыхает газовую смесь, содержащую примерно 16% O2 и 50 000 ppm CO2.
- Газовая смесь силой легких испытателя наполняет дыхательный мешок на выдох и поступает оттуда в коллектор.
- Пять кислородных концентраторов забирают газовую смесь из коллектора по пяти отдельным трубкам, которые подают ее на входы каждого концентратора.
- Шестой концентратор забирает воздух из атмосферы, имитирующей в данном случае газовую полость фотобиореактора.
- 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.
- Газовая смесь из выхода CO2 поступает в атмосферу.
- Газовая смесь из выхода O2 по шести отдельным трубкам поступает в коллектор дыхательного мешка на вдох.
- 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:
- 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.
- Запускаются все шесть кислородных концентраторов, начинает наполняться дыхательный мешок на вдох.
- Дыхательный мешок наполняется полностью.
- Испытатель надевает маску, плотно фиксирует ее на лице.
- Испытатель делает порядка десяти вдохов, убеждаясь, что дыхание происходит нормально.
- Устанавливается заглушка в коллектор на вдох, газовый цикл замыкается.
- 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.
-
- Александр Шаенко
- Автор проекта
Комментарии