home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NetNews Usenet Archive 1993 #3 / NN_1993_3.iso / spool / sci / space / 19923 < prev    next >
Encoding:
Text File  |  1993-01-29  |  7.2 KB  |  158 lines

  1. Newsgroups: sci.space
  2. Path: sparky!uunet!charon.amdahl.com!pacbell.com!sgiblab!zaphod.mps.ohio-state.edu!cis.ohio-state.edu!news.sei.cmu.edu!fs7.ece.cmu.edu!crabapple.srv.cs.cmu.edu!Taber@bio2.com
  3. From: Taber@bio2.com
  4. Subject: Biosphere 2 Oxygen and other Questions
  5. Message-ID: <C1Jvxv.Hr4.1@cs.cmu.edu>
  6. X-Added: Forwarded by Space Digest
  7. Sender: news+@cs.cmu.edu
  8. Organization: [via International Space University]
  9. Original-Sender: isu@VACATION.VENARI.CS.CMU.EDU
  10. Distribution: sci
  11. Date: Thu, 28 Jan 1993 06:02:39 GMT
  12. Approved: bboard-news_gateway
  13. Lines: 143
  14.  
  15.  
  16.  
  17. Biosphere 2 Oxygen and other Questions
  18. January 27, 1993
  19.  
  20. Sixteen months down and eight to go.
  21.  
  22. Sorry to be so long in posting answers to the many
  23. questions, I simply have not been able to make enough time
  24. in here.
  25.  
  26. We don't know where all the oxygen has gone. This is one
  27. of the biggest mysteries so far. While the CO2 removal
  28. system can account for some of the O2 loss, as oxidation
  29. of organic material producing CO2, which was then
  30. removed from the air by the system. The amount of CO2
  31. removed from the air only accounts for about one fifth of
  32. the total oxygen deficit. We have essentially two leading
  33. theories, first is oxidation of reduced compounds that may
  34. have been present at closure, like possibly a reduced iron.
  35. The second is oxidation of organic material in the soil and
  36. subsequent precipitation of the CO2 as a calcium
  37. carbonate, the parent materials for this are abundant but
  38. the necessary conditions are in question. We are also in the
  39. process of doing small chamber experiments with soil
  40. similar to that in Biosphere 2. Carbon and Oxygen isotopes
  41. are also being extensively studied for clews to what is
  42. going on. The soils are the main point of interest because it
  43. is the only place in the biosphere big enough to hide 12,000
  44. Kg of O2.
  45.  
  46. The CO2 is now at an average concentration of 3500 ppm,
  47. with a 400 to 500 ppm diurnal swing. The sunny weather
  48. we are having now is bringing the average CO2
  49. concentration down at a rate of 80 ppm per diurnal cycle,
  50. without any use of the CO2 removal system which is now
  51. off.  This means that the draw down during the day is 80
  52. ppm greater than the rise at night. To put 3,500 ppm in
  53. perspective, a room with people in it and normal ventilation
  54. can easily get this high. Also CO2 concentrations between
  55. 5,000 and 8,000 ppm CO2 is not uncommon in the space
  56. shuttle and submarines. Human health difficulties seem to
  57. begin at about 9,000 to 11,000 ppm. Increased CO2 does
  58. result in faster growth rates with many plants.
  59.  
  60. There was no bias against the Sabatier or Bosch systems,
  61. they were simply not considered necessary at the time. We
  62. had no idea that the oxygen phenomena would occur. What
  63. we did know was that during the winter we would have an
  64. excess of CO2 and in the summer quite possibly a deficit.
  65. We are able to put the CO2 back in the air during the
  66. summer and have it made into plant material, thus
  67. completing an annual cycle of CO2 storage and release.
  68. The summer release of CO2 should stimulate plant growth
  69. and replenish some of the oxygen. A basic problem with
  70. the Sabatier or Bosch systems and our situation is that we
  71. do not have enough CO2 in the air to significantly change
  72. the O2 using a system that would liberate the O2 form the
  73. CO2. Even in the summer with low CO2 in the air, the O2
  74. loss is at about 0.26% O2 per month, while the average
  75. CO2 concentration is fairly constant at only 0.12%. Even
  76. converting all the CO2 in the air to C + O2 would have
  77. little effect on the O2 situation. Using such a system to
  78. drive the CO2 even lower would begin to reduce food crop
  79. production rates, because the plants would become limited
  80. by the availability of CO2. So there is no need to transform
  81. the CO2, just temporarily store it in the winter. Note that if
  82. we had constant high levels of light, like in space for
  83. instance, this CO2 storage scenario would be mute
  84. because we would have no need to try and survive a low
  85. light season!
  86.  
  87. The CO2 removal system I designed uses sodium
  88. hydroxide as a scrubbing fluid, removing a fraction of all
  89. acid forming gasses in the air. This is done using a large
  90. reaction column with a high air flow rate, even so we can
  91. only remove 100 to 200 ppm per day with the system. On a
  92. low sunlight day the CO2 can jump up 300 to 400 ppm, so
  93. the system can only moderate trends. The sodium
  94. carbonates formed from the CO2 and sodium hydroxide
  95. are reacted with calcium hydroxide to form CaCO3
  96. (limestone) which regenerates the scrubbing fluid back to
  97. sodium hydroxide. The CO2 is thus stored as CaCO3 until
  98. time to release the CO2, which is done by heating the
  99. CaCO3 making CaCO and CO2. The CaCO can then be
  100. re-hydrated with the water in the scrubbing fluid and all the
  101. chemicals are restored and ready for the next winter. This
  102. may not be the best system, but it works. It is too heavy for
  103. a space application but may possibly be made from local
  104. materials.
  105.  
  106. Also a basic problem with any system is the need to
  107. process a large volume of air. If the CO2 was at 1000
  108. ppm, then for every liter of CO2 removed, one needs to
  109. process 2000 liters of air with a 50% efficient system. This
  110. can be done either by pre-concentrating, which is difficult
  111. with a volume as big as Biosphere 2, or processing the
  112. whole air which is also hard. Ambient temperature
  113. scrubbing of air in a reaction column, using a hydroxide,
  114. can handle large volumes of air quite easily. A similar
  115. system is used in space craft with solid lithium hydroxide.
  116. Pressure swing systems are being considered for space
  117. station using materials that adsorb CO2 at cabin pressure
  118. and release the CO2 to space vacuum and/or with heating.
  119.  
  120. The smell is usually great. I have a pure air generator that
  121. makes very clean air by pressure swing adsorption, air with
  122. no smell. By breathing this air for a period of about 30
  123. minutes, it tends to "zero" my sense of smell so for a short
  124. time after, 4 to 10 minutes, I can smell the air in the
  125. Biosphere. It smells like rich farm soil (not potting mix), a
  126. sweet fresh smell. There are some exceptions to this, like
  127. when the sewage system has a problem such as
  128. inadvertent overflowing, but after cleanup the smell only
  129. persists for one to three of hours. Also if a container of
  130. some wet organic material is not tended, it can smell rather
  131. bad.
  132.  
  133. Methane buildups have not occurred, this is probably due to
  134. methanotrophic bacteria increasing to consume the
  135. methane thereby keeping it in check. We have thus-far had
  136. no problem with any trace compounds building up in
  137. the atmosphere or water supply. We haven't even needed
  138. to use the soil bed reactor system to clean the air. The soil
  139. bed reactor is designed to force air through the soil in the
  140. agriculture biome as a means of cleaning the air.
  141.  
  142. We are now at the two thirds mark, I am sorry to say that I
  143. can not be more specific than to say that group dynamics
  144. are quite exciting. Some studies I have seen say that in a
  145. situation with a confined crew, the third quarter is usually
  146. the most difficult time. Oxygen additions are continuing, we
  147. are now at about 17.5%. The low light conditions that we
  148. have had over the last two months may delay harvest times
  149. with some crops as much as a month. The effect of this on
  150. our total food production will not be fully seen until mid
  151. March, at which time we will be able to evaluate the
  152. situation decisively.
  153.  
  154.  
  155. Taber MacCallum
  156. Biosphere 2 Crew
  157.  
  158.