Stellen Sie sich vor, Sie leben an einem Ort, an dem Ihr Überleben davon abhängt, innerhalb Ihrer Grenzen zu leben, nicht mehr Nahrung und Energie zu verbrauchen, als Sie produzieren, genügend frisches Wasser und Luft zum Leben zu schaffen, Abfall auf ein absolutes Minimum zu reduzieren, alles zu recyceln, was Sie können, und alles zu vermeiden die Umwelt um Sie herum verunreinigen. Damit müssen Astronauten an Bord der Internationalen Raumstation bis zu einem gewissen Grad konfrontiert werden, und damit werden sie bei künftigen Siedlungen auf dem Mond oder dem Mars in noch größerem Maße konfrontiert.
Aber es geht auch darum, wie wir auf der Erde leben müssen, wenn wir unsere Umwelt schützen wollen, was eines der Themen der diesjährigen Weltraumwoche ist, die vom 4. bis 10. Oktober stattfindet.
Eine Raumstation oder eine Mondbasis ist weitgehend ein geschlossenes System. Damit meinen wir, dass es seine eigenen Ressourcen produzieren und diese dann recyceln und wieder in das System einspeisen muss, weil sie begrenzt sind. Wenn Sie zu viel davon konsumieren, könnte den Astronauten die Luft, die Nahrung, das Wasser oder die Energie ausgehen, was tödlich sein könnte. Natürlich gibt es gelegentlich Nachschub von der Erde, es handelt sich also nicht um 100 % geschlossene Kreislaufsysteme. Was jedoch ein völlig geschlossener Kreislauf ist, ist die Erde selbst.
Raumschiff Erde
Denken Sie darüber nach. Unser Planet verfügt über eine gewisse Tragfähigkeit oder das, was der Club of Rome – eine Denkfabrik aus Akademikern, Wirtschaftsführern und Politikern – in seinem berühmten Bericht von 1973 als „Grenzen des Wachstums“ bezeichnete. Sie warnten davor, dass die Erde anfängt, ihre Tragfähigkeit zu erreichen, und dass wir bald zu viel Energie erzeugen, zu viel essen, nicht genug Süßwasser produzieren und Treibhausgasemissionen in die Atmosphäre ausstoßen würden, die unser globales geschlossenes Kreislaufsystem unhaltbar machen würden . Da der Klimawandel von Jahr zu Jahr immer schädlicher wird und häufiger zu Dürren, Hungersnöten, Waldbränden und extremen Wetterbedingungen führt, würden einige vielleicht sagen, dass wir dieses Stadium bereits erreicht haben.
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Hier kann uns das Lernen, im Weltraum zu leben, dabei helfen, zu lernen, wie wir auf der Erde nachhaltig leben können. Es ist keine neue Idee, aber ein aktueller Artikel von Forschern des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in der Zeitschrift Sustainable Earth Reviews fasste prägnant zusammen, wie Technologien, die für das Leben in geschlossenen Weltraumlebensräumen entwickelt wurden, auf die Erde angewendet werden können.
Sie beschrieben, wie ein Weltraumlebensraum mehrere Funktionen erfüllen muss, um ein geschlossenes System zu bleiben, und wie jede dieser Funktionen auf die größere Skala der Erde übertragen werden kann.
Zunächst müssen Ressourcen kultiviert und in das System eingespeist werden. Unter Ressourcen versteht man in diesem Fall alles, was ein Lebensraum zum Funktionieren benötigt, von der Nahrung bis zur Energie. Dieses Konzept muss jedoch sorgfältig verwaltet werden, denn wenn es nicht kontrolliert wird, ist es anfällig für Ausbeutung. Wenn beispielsweise das gesamte Wassereis zu schnell aus dem Mondregolith abgebaut wird, wäre nichts mehr übrig, um eine Mondbasis sehr lange zu versorgen.
Zweitens geht es darum, diese Ressourcen zu recyceln, damit sie nicht zu schnell aufgebraucht werden. In einem Lebensraum mit geschlossenem Kreislauf sind nicht recycelte Abfälle kostspielig und können den Lebensraum im Laufe der Zeit beeinträchtigen, da dadurch immer weniger Ressourcen zur Verfügung stehen. Es kann auch die Umwelt des Lebensraums verschmutzen und ihn wiederum beeinträchtigen.
Drittens ist Selbstversorgung. Abgesehen von gelegentlichen Nachschublieferungen von der Erde muss ein Weltraumlebensraum in der Lage sein, alles zu produzieren und zu reparieren, was er benötigt.
Schließlich muss ein geschlossener Lebensraum widerstandsfähig genug sein, um seine Besatzung und alle anderen Tier- und Pflanzenarten auf unbestimmte Zeit zu unterstützen. Wenn das System aufgrund von Missbrauch zusammenbricht, verkürzt sich die Lebensdauer des Lebensraums erheblich.
Wir können sehen, wie jedes davon auf die Erde angewendet werden kann. Intensive Landwirtschaft, Bergbau, Fischerei usw. zeigen, wie wir den Anbau von Ressourcen in unserem geschlossenen Kreislauf Erde ausnutzen. Recycling kann uns dabei helfen, unsere Ressourcen zu schonen, ohne die Umwelt mit Abfällen zu belasten. Wenn Gemeinden autarker werden können, können die Kohlendioxidemissionen reduziert werden, da Ressourcen nicht aus externen Regionen zu Gemeinden transportiert werden müssen.
Die Erde hat sich seit fast vier Milliarden Jahren als widerstandsfähig gegen Leben erwiesen, aber unser sorgloser Umgang mit der Umwelt durch übermäßigen Konsum stellt diese Widerstandsfähigkeit auf die Probe.
Weltraum auf der Erde
Interessanterweise können Technologien, die für den Einsatz im Weltraum entwickelt wurden, auch auf der Erde helfen.
Ein klassisches Beispiel sind Sonnenkollektoren. Solarmodule wurden 1954, in der Ära der Kohlekraftwerke, erfunden und waren nicht gerade der letzte Schrei, da es zu dieser Zeit auf der Erde kaum Verwendung für Photovoltaikzellen gab. Vielmehr hatten Solarpaneele erstmals im Weltraum ihren Durchbruch und versorgten bereits 1958 mit dem Satelliten Vanguard 1 Satelliten mit Strom. Der Geldbetrag, den Raumfahrtnationen in die Forschung und Entwicklung von Solarzellen stecken konnten, bedeutete, dass diese Zellen in den 1970er Jahren leistungsfähig genug waren, um auf der Erde eingesetzt zu werden. Heutzutage finden wir überall Solarzellen, ein durchschnittliches Panel produziert täglich 1,5 Kilowatt Strom; und ab 2023 erzeugt Solarenergie insgesamt 5,5 % des weltweiten Stroms, ohne die schädlichen Emissionen von Kohlekraftwerken oder den Giftmüll von Kernspaltungsreaktoren.
Eine weitere im Weltraum entwickelte Technologie, die zu einer nachhaltigeren Lebensweise auf der Erde beitragen kann, basiert auf Nahrungsmitteln. Astronauten bauen auf der Internationalen Raumstation Pflanzen an.
Das als Gemüseproduktionssystem bekannte Experiment produzierte erstmals im Jahr 2021 Salat, der vom NASA-Astronauten Michael Hopkins geerntet wurde. Das Experiment dreht sich um das Pflanzen von Samen in einem „Samenkissen“, die kontrollierte Freisetzung von Dünger und Ton sowie den Einsatz speziell entwickelter LED-Leuchten zur Förderung der Photosynthese, die mehr rotes und blaues Licht aussenden, das das Pflanzenwachstum fördert. Diese Lichter werden jetzt für die „vertikale Landwirtschaft“ auf der Erde angepasst, eine nachhaltige Methode zum Anbau von Nutzpflanzen, die in städtischen Gebieten nicht zu viel Land beanspruchen und ihr Wasser recyceln, genau wie auf der Raumstation. Durch den Anbau von Nahrungsmitteln in vertikalen Farmen in der Nähe bebauter Gemeinden können Menschen Transportkosten und intensive Landwirtschaft einsparen, die beide hohe Kohlendioxidemissionen verursachen.
Der Wasserkreislauf
Apropos Wasser: Es ist von größter Bedeutung, dass Wasser auf der Raumstation recycelt wird, da es aufgrund seines Gewichts kostspielig ist, es von der Erde zu holen. Das gesamte Wasser auf der Internationalen Raumstation wird durch ein Wasserrückgewinnungssystem als Teil des Umweltkontroll- und Lebenserhaltungssystems der Station recycelt, das den Wasserdampf, den Menschen in die Luft ausatmen, schwitzen und sogar urinieren, in Trinkwasser umwandeln kann (was offenbar der Fall ist). , behaupten Astronauten, schmeckt ganz gut!). Die Urinprozessorbaugruppe nutzt eine Vakuumdestillation, um sauberes Wasser aus dem Urin von Astronauten zu extrahieren und hinterlässt eine eklig klingende „Urinsole“. Da in dieser Sole noch nutzbares Wasser vorhanden ist, wurde sogar eine Sole-Prozessor-Baugruppe entwickelt – in einem geschlossenen Kreislaufsystem muss jede Ressource in vollem Umfang genutzt werden.
Obwohl wir auf der Erde kein Wasser aus Urin trinken müssen, gibt es viele Orte auf der Welt, an denen frisches, sauberes Wasser knapp ist. Die Wasserrückgewinnungstechnologie der NASA wurde an Unternehmen lizenziert, um tragbare Filter herzustellen, die es Gemeinden ermöglichen, sauberes Wasser aus kontaminierten Vorräten zu gewinnen.
Kohlenstoffreinigung
Neben Wasserdampf atmen Astronauten auch Kohlendioxid aus.
Die Astronauten von Apollo 13 lernten aus erster Hand die Gefahren der Kohlendioxidbildung kennen, als sie auf dem Heimweg vom Mond in aller Eile einen Kohlendioxidfilter aus Ersatzteilen bauen mussten. Auf der Internationalen Raumstation muss ebenfalls Kohlendioxid aus der Luft gereinigt werden.
Zuvor wurde Sauerstoff auf der ISS durch ein System erzeugt, das ihn jedes Jahr aus 400 Litern Wasser extrahierte, das von der Erde gefördert wurde. Daher handelte es sich nicht um ein geschlossenes System. Jetzt hat die Europäische Weltraumorganisation das Advanced Closed Loop System (ACLS) entwickelt, das in der Lage ist, 50 % des Kohlendioxids auf der Station in Sauerstoff umzuwandeln und nicht mehr die Notwendigkeit besteht, große Mengen Wasser von der Erde zu holen. Die Kohlendioxid-Wiederaufbereitungsanlage des ACLS mischt aus der Luft extrahierten Wasserstoff und Kohlendioxid, um Wasser und Methan zu erzeugen. Das Methan wird als Abfall in den Weltraum abgegeben, aber eine Sauerstofferzeugungsbaugruppe ist in der Lage, das Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff aufzuspalten, wobei letzterer zurück in das ACLS-System gelangt, um den Kreislauf von neuem zu beginnen.
Vor dem ACLS wurde Kohlendioxid jedoch ausschließlich über ein Mineral namens Zeolith entfernt, dessen Poren klein genug sind, um Kohlendioxidmoleküle einzufangen und sie dann in den Weltraum zu spülen. Jetzt erforschen Stefano Brandani und Giulio Santori von der Universität Edinburgh Möglichkeiten, die Zeolith-Technologie zur Reduzierung von Kohlendioxid in der Erdatmosphäre einzusetzen. Sie stellen sich riesige Ventilatoren vor, die mit Kohlendioxid gefüllte Luft in Richtung von Stationen aus Zeolithbetten ansaugen, die das Kohlendioxid aus der Luft entfernen. Die gleiche Technologie könnte auch näher an der Quelle eingesetzt werden, um Kohlendioxid aus den Abgasen der Industrie zu entfernen, bevor sie in die Atmosphäre gelangen. Obwohl sie nicht das gesamte Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernen und die globale Erwärmung verhindern kann, könnte die Technologie zur Kohlenstoffabscheidung dazu beitragen, den Klimawandel einzudämmen und der Welt dabei zu helfen, das Ziel einer globalen Erwärmung von nicht mehr als 1,5 Grad Celsius einzuhalten.
Angesichts der häufig geäußerten Kritik an Raumfahrtprogrammen weltweit, dass es sich dabei um teure Luxusgüter handele, bei denen das Geld stattdessen woanders auf der Erde ausgegeben werden könne, ist es ironisch, dass Technologie, die entwickelt wurde, um Menschen beim Leben im Weltraum zu helfen, uns dabei helfen könnte, auf der Erde besser zu leben. Natürlich ist die Raumfahrt nicht per se umweltfreundlich – eine Rakete kann bei jedem Start bis zu 300 Tonnen Kohlendioxid ausstoßen – aber bei richtiger Anwendung kann die im Weltraum eingesetzte Technologie durchaus für Abhilfe sorgen, indem sie uns dabei hilft, ein grünerer Planet zu werden. Die Erde ist schließlich unser unglaublichstes Raumschiff.
