CN112011375A - 地外基地固体废物和原位物质资源化集成利用系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种地外基地固体废物和原位物质资源化集成利用系统及方法，该系统包括依次连接的固废处理与资源化装置、原位矿物资源化装置、氧气与燃料提取装置；固废处理与资源化装置用于将地外基地固体废物转化为原位矿物资源化的还原剂；原位矿物资源化装置用于将含有金属氧化物的地外基地矿物与所述还原剂反应，生成金属及气态产物水及二氧化碳；氧气与燃料提取装置用于将水、二氧化碳转化为氧气、氢气、一氧化碳、甲烷。本发明将固体废物与地外资源有机结合，以生产氧气、燃料、金属材料等基地必要物质的资源化为目标、经济地实现基地物质自主生产与循环利用，使基地物质的供应，摆脱对地面后勤保障的依赖。
Description
技术领域
本发明属于地外基地固体废物及原位资源处理技术领域，尤其涉及一种地外基地固体废物和原位物质资源化集成利用系统及方法。
背景技术
人的生存离不开氧气、水、食物这些基本的生命保障物质，以氧气为例，1名航天员每天平均需要0.83kg氧气，长期、多人的空间探测任务，消耗的生保物质极为巨大。建立月球基地、登陆火星是人类共同的愿望，也是本世纪的载人航天发展的目标。这些任务的飞行距离远远高于以空间站为代表的近地飞行任务相比，其运行成本也大幅提升，如月球探测成本是其5倍，火星探测成本是其50倍以上。由于距离的遥远，依赖地面补给的生保物质补给模式，无论从保障的及时性，还是营运的经济性，都是不现实的，需要开发完全自主的原位生产模式以降低或实现零地面补给。
地外基地航天员的主份生保系统是以生物技术生产的受控生态生保系统，由于它的脆弱性，还需要物理化学式的生保系统支持保障；另一方面，航天员在长期生活中将产生大量的废物，包括人体代谢废物，人体消耗废物如食品残渣、废旧衣物、包装袋等，4名宇航员仅1年产生的固废超过4000kg。受控生保系统运行还产生更多的固体废物，如植物秸秆等，受固废垃圾不能排向地外环境的国际公约约束，它们挤占稀缺的空间资源、滋生微生物、散发臭气、泄漏渗滤液等，威胁宇航员的健康与安全，必须进行减容化、安全稳定化以及资源化处理。而目前焚烧等地面固废处理方法，虽然可大量、有效地实现固废的减容与稳定化，但它同时也需要消耗大量的氧气、能源等资源，无法满足地外基地对物质和能量循环的要求。
地外基地固废可分为二部分，一部分是航天员所产生的生活垃圾，另一部分是受控生保系统生产过程中产生的生物质固废，这些固体废物的减容、无害化处理的方法与其资源化利用的目标密切相关，如用于生产水、氧气等生保物质，以及氢气、甲烷等火箭动力燃料，但是由于固体废物处理过程中产生的往往是混合物，而需求物质要求的是纯净物，由混合物处理成纯净物的代价大，导致固体废物难以资源化的利用，从而找不到地外基地固体废物处理的合适途径，制约了地外基地固体废物处理技术的发展。
除了生保系统需要氧气、水外，基地能源系统以及运载动力系统也需要更多的氧气与燃料，基地建设需要大量结构材料。而地外存在丰富的矿物资源，既是氧的资源，也是基地建设材料的资源。地外潜在的水、二氧化碳等资源，也是大规模生产能源燃料的原料。
因此，如何以最低的代价解决环控生保系统中的固体废物问题，并创造效益，如何利用地外资源，满足能源、基地建设的需要，是亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种地外基地固体废物和原位物质资源化集成利用系统及方法，针对基地人员生活以及受控生态生保系统生产过程中产生的大量固体废物必须高效减容、无害化、资源化的难点，将固体废物与地外资源有机结合，以生产氧气、燃料、金属材料等基地必要物质的资源化为目标、经济地实现基地物质自主生产与循环利用，使基地物质的供应，摆脱对地面后勤保障的依赖。
本发明提供了一种地外基地固体废物和原位物质资源化集成利用系统，包括固废处理与资源化装置、原位矿物资源化装置、氧气与燃料提取装置，所述固废处理与资源化装置与所述原位矿物资源化装置连接，所述原位矿物资源化装置与所述氧气与燃料提取装置连接；
所述固废处理与资源化装置用于将地外基地固体废物转化为原位矿物资源化的还原剂；所述还原剂包括氢气、一氧化碳、甲烷；所产生的粉尘用于改良生态系统中的土壤；
所述原位矿物资源化装置用于将含有金属氧化物的地外基地矿物与所述还原剂反应，生成金属及气态产物水及二氧化碳，所述金属以及产生的残渣用于建筑；
所述氧气与燃料提取装置用于将水、二氧化碳转化为氧气、氢气、一氧化碳、甲烷；其中，高纯度的氧气用作生保物质或助燃料剂，氢气、一氧化碳、甲烷用作补充的还原剂返回所述原位矿物资源化装置，多余部分直接或进一步处理用作动力与能源系统的燃料。
进一步地，所述固废处理与资源化装置包括第一旋风分离器、固体废物转化炉；所述原位矿物资源化装置包括地外矿物还原炉、第二旋风分离器；所述氧气与燃料提取装置包括水电解池、热交换器、净化器、氧储罐、氢储罐；
所述第一旋风分离器与所述固体废物转化炉连接，所述地外矿物还原炉通过所述第二旋风分离器与所述水电解池连接，所述水电解池的阴极通过所述热交换器与所述氧储罐连接，所述水电解池的阳极通过支路一依次连接所述净化器及氢储罐，通过支路二与所述地外矿物还原炉连接；
所述固体废物转化炉用于将炉内的固体废物和水发生转化反应，产生的气体与粉尘通过所述第一旋风分离器进行气、固分离，分离的粉尘与固体废物转化炉中排出的残渣混合，作为受控生态生保系统中植物土壤改良成份使用，分离的气体作为还原剂直接进入所述地外矿物还原炉；
所述地外矿物还原炉用于将还原性气体与地外矿物在高温下反应，将地外矿物中的氧转换为水及二氧化碳，通过所述第二旋风分离器进行气、固分离后，分离高温水蒸气及二氧化碳进入所述水电解池，分离的固体作为废渣与地外矿物还原炉排出的废渣一道用作建筑材料，所述地外矿物还原炉生成的金属用作地外基地的结构材料；
所述水电解池用于：
在阳极产生氧气，并通过所述热交换器将氧气降温后储存至所述氧储罐中，用于生保系统或燃料系统；
在阴极产生氢气及一氧化碳，将氢气及一氧化碳中的一部分作为补充的还原剂直接返回至所述地外矿物还原炉中，另一部分经所述净化器后，氢气储存于所述氢储罐中，一氧化碳返回至所述地外矿物还原炉。
进一步地，所述固废处理与资源化装置包括第一旋风分离器、固体废物转化炉；所述原位矿物资源化装置包括地外矿物还原炉、第二旋风分离器；所述氧气与燃料提取装置包括水电解池、热交换器、氧储罐、Sabatier反应器；冷凝分离器、甲烷储罐、水箱；
所述第一旋风分离器与所述固体废物转化炉连接，所述地外矿物还原炉通过所述第二旋风分离器与所述水电解池连接，所述水电解池的阴极通过所述热交换器与所述氧储罐连接，所述水电解池的阳极与所述Sabatier反应器连接；所述Sabatier反应器通过支路一与所述冷凝分离器连接，所述冷凝分离器与所述甲烷储罐及水箱连接，所述Sabatier反应器通过支路二与所述地外矿物还原炉连接；
所述固体废物转化炉用于将炉内的固体废物和水发生转化反应，产生的气体与粉尘通过所述第一旋风分离器进行气、固分离，分离的粉尘与固体废物转化炉中排出的残渣混合，作为受控生态生保系统中植物土壤改良成份使用，分离的气体作为还原剂直接进入所述地外矿物还原炉；
所述地外矿物还原炉用于将还原性气体与地外矿物在高温下反应，将地外矿物中的氧转换为水及二氧化碳，通过所述第二旋风分离器进行气、固分离后，分离高温水蒸气及二氧化碳进入所述水电解池，分离的固体作为废渣与地外矿物还原炉排出的废渣一道用作建筑材料，所述地外矿物还原炉生成的金属用作地外基地的结构材料；
所述水电解池用于：
在阳极产生氧气，并通过所述热交换器将氧气降温后储存至所述氧储罐中，用于生保系统或燃料系统；
在阴极产生氢气及一氧化碳，将产生的氢气、一氧化碳以及未反应的二氧化碳，送入所述Sabatier反应器中，在催化剂的作用下进行反应，产生甲烷与水，部分甲烷产物用于还原金属氧化物，部分产物经所述冷凝分离器冷凝、分离后的水输入水箱，甲烷输入甲烷储罐。
进一步地，所述固体废物转化炉与地外矿物还原炉排出的废渣的热量用于加热地外矿物。
本发明还提供了一种地外基地固体废物和原位物质资源化集成利用方法，包括：
将地外基地固体废物转化为原位矿物资源化的还原剂；所述还原剂包括氢气、一氧化碳、甲烷；将产生的粉尘用于改良生态系统中的土壤；
将含有金属氧化物的地外基地矿物与所述还原剂反应，生成金属及气态产物水及二氧化碳，将所述金属以及产生的残渣用于建筑；
将水、二氧化碳转化为氧气、氢气、一氧化碳、甲烷，将高纯度的氧气用作生保物质或助燃料剂，将氢气、一氧化碳、甲烷用作补充的还原剂，将多余部分直接或进一步处理用作动力与能源系统的燃料。
借由上述方案，通过地外基地固体废物和原位物质资源化集成利用系统及方法，具有如下技术效果：
1)本发明所使用的资源全部来自原位现场，可以形成不依赖地球后勤保障系统支持、独立地完成氧气、燃料保障物质的生产，开辟了一条保障物质生产新路径。
2)本发明将废物处理与物质生产的资源需求有机统一、实现了物质的循环再生与地外矿物利用的合理结合，有效地解决了地外条件下环境保护与物质生产的可持续发展。
3)本发明从资源利用、装置接口、工艺参数方面进行了合理匹配，既实现系统各功能装置无需改造的便利整合，又保障了各装置的独立性，提高了系统的可靠性，并且由于各装置的直接热兼容热，大幅度节省了系统能量。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。
附图说明
图1是本发明地外基地固体废物和原位物质资源化集成利用系统的结构示意图；
图2是本发明一应用实施例的结构图；
图3是本发明另一应用实施例的结构图。
图中标号：
1-固废处理与资源化装置；2-原位矿物资源化装置；3-氧气与燃料提取装置；
11-第一旋风分离器；12-固体废物转化炉；
21-地外矿物还原炉；22-第二旋风分离器；
31-水电解池；32-热交换器；33-净化器；34-氧储罐；35-氢储罐；36-Sabatier反应器；37-冷凝分离器；38-甲烷储罐；39-水箱。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
参图1所示，本实施例提供了一种地外基地固体废物和原位物质资源化集成利用系统，包括固废处理与资源化装置1、原位矿物资源化装置2、氧气与燃料提取装置3，固废处理与资源化装置1与原位矿物资源化装置2连接，原位矿物资源化装置2与氧气与燃料提取装置3连接。
固废处理与资源化装置1用于将地外基地固体废物转化为H2、CO、CH4等物质，这些物质作为原位矿物资源化的还原剂，产生的灰尘固体用于改良生态系统中的土壤。
原位矿物资源化装置2用于将地外基地矿物与还原剂反应，生成金属与H2O、CO2等，气体成份进入氧气与燃料提取装置3中提取，金属以及产生的残渣用于建筑。
氧气与燃料提取装置3用于将H2O、CO2转化为氧气、氢气、甲烷、CO等，高纯度的氧气作为生保物质或助燃料剂，氢气、甲烷、CO等部分作为补充的还原剂返回原位矿物资源化装置2，多余部分直接或进一步处理作为动力与能源系统的燃料。
在本实施例中，各装置均工作于600℃以上高温、装置间输入与输出物质呈气态，保障各装置独立完整、且无需附加接口设施可与上、下游装置直接联接。
在本实施例中，固体废物处理与资源化主要采用热化工转换技术，如热裂解成碳，或热气化成氢气、一氧化碳等气体；空间资源的原位提取及其利用采用基于高活性气体的氧提取技术，主要包括氢气还原技术、甲烷还原技术、半熔融态甲烷还原技术；物质的提纯与燃料的再生产中，采用高温的固体氧化物电解法与Sabatier二氧化碳还原法。
参图2所示，在一具体实施例中，该系统由第一旋风分离器11、固体废物转化炉12、地外矿物还原炉21、第二旋风分离器22、水电解池31、热交换器32、净化器33、氧储罐34、氢储罐35组成。固体废物中的有机物及水在固体废物转化炉12发生如下(1)转化反应，产生的气体与粉尘在第一旋风分离器11中进行气、固分离，分离的粉尘与固体废物转化炉中排出的残渣混合，可作为受控生态生保系统中的植物土壤改良成份使用，分离的气体直接进入下一工序的地外矿物还原炉21。
CxHyOz+H2O→CO2+CO+CH4+H2 (1)
来自上一工序的还原性气体在地外矿物还原炉21中与地外矿物在高温下反应，地外矿物采用金属氧化物，为方便说明，以铁氧化物为例，在地外矿物还原炉21中发生如下(2)、(3)的反应，将矿物中的氧转换为水与二氧化碳，通过第二旋风分离器22后，分离的气体进入下一工序进行下一步反应，分离的固体作为废渣与地外矿物还原炉21排出的废渣一道作为建筑材料，地外矿物还原炉21生成的铁则可作为地外基地的结构材料。
Fe2O3+H2→Fe+H2O (2)
Fe2O3+CO→Fe+CO2+H2O (3)
高温的水蒸汽与二氧化碳在水电解池31的阳极中按(4)、(5)式进行反应，在阳极产生氧气，氧气经热交换器32降温后储存在氧储罐34中，用于生保系统或燃料系统；阴极产生氢气与一氧化碳，部分作为补充的还原剂直接返回地外矿物还原炉21中，部分经净化器33后，氢气储存于氢储罐35中，一氧化碳返回地外矿物还原炉21。
CO2→CO+O2 (4)
H2O→H2+O2 (5)
参图3所示，对于使用甲烷作为燃料的火箭动力系统，对图2所示结构进行改进，从水电解池31的阴极中产生的氢气、一氧化碳以及未反应的二氧化碳，进入增加的Sabatier反应器36中，在催化剂的作用下发生如下(6)、(7)的反应，产生最终产物甲烷与水，部分甲烷产物用于还原金属氧化物，部分产物经冷凝分离器37冷凝、分离后，水输入水箱39，甲烷输入甲烷储罐38。
CO2+H2→CH4+H2O (6)
CO+H2→CH4+H2O (7)
此外，为了能量的更高效利用，系统流程中可根据具体情况，使用需冷却的高温气体直接或间接干燥固体废物或地外矿物，实现热能的充分回收与利用。
实施例1
月球基地固废处理与月尘制氧系统
对于载人航天任务而言，月球资源化的最核心目标是生产用于人员生命保障(O2和H2O)和推进剂(H2和O2)。
月壤是月面环境特有的大范围存在的一种资源，月壤中含有约45％质量分数的氧元素，虽然不同区域月壤的化学组成变化很大，但其遍布月球表面所有区域，从而可以在月面任何地方通过月壤提取氧气。月壤中最丰富的氧化物是SiO2，质量分数范围为40.7-47.1wt％，月海地区的最高平均铁氧化物含量为22.8％。富含各类氧化物，可以用来提取O2，用于生命保障或用作推进剂。
月球基地的固体废物主要来自人员生活以及受控生态生产过程，一个4名乘员的基地，1年产生的固体废物超过4吨。这些固废成份与人生活相关的主要是人体产生的粪便、生活中产生的食品残渣、废旧衣物、包装袋等，与受控生态生产过程相关的生物质固废主要不可食用的植物，包括植物秸秆、根系以及腐坏老叶等。这些固废中含有大量的C、H、O元素，可以用来提取O2、H2O、H2，用于生命保障或用作推进剂。
该系统采用附图2所示结构，结合转化炉中固废需要干燥助燃的特点，将氧气热交换器32、净化器33中热量输入给固体废物转换炉12；另外将固体废物转化炉12与地外矿物还原炉21排放的废渣的热量加热地外矿物。
固体废物转化炉21为水蒸汽重整技术的反应器，碳原为有机废物，蒸汽的水源主要来自湿的植物废物，少部分视情由外部水箱补给出。固体废物转化炉21中的温度的维持热量部分来自热交换器32、净化器33的废热回收。固体废物转化炉21中发生的反应如反应式(1)，产生的产物主要为氢气与一氧化碳。
月尘中的金属氧化物在地外矿物还原炉21中与氢气、一氧化碳反应按反应式(2)、(3)，进行，地外矿物还原炉21中温度维持的热量主要来自固体废物转化炉12供应的气体、月尘与固体废物转化炉12和地外矿物还原炉21残渣的换热、反应热，部分热量视情将还原剂燃烧产热。
地外矿物还原炉21产生的二氧化碳与水蒸汽进入水电解池31中电解，发生的如反应式(4)、(5)，阳极产生的氧气，经热交换器32换热后进入氧储箱34，阴极产生的氢气与一氧化碳在净化器33中降温及变压吸附分离后，氢气进入氢储罐35中，一氧化碳返回地外矿物还原炉21中。
地外矿物还原炉21下方定期排出金属与残渣，利用二者比重不同，金属的排放口位于排渣口下端，残渣浮于液态金属上，由上端口排出。产生的金属以及残渣将作为当地材料用于建筑等目的。固体废物转化炉12的下方排出固废反应后的灰份，可用于植物生长的月壤土壤的改造。
实施例2
火星基地固废处理与动力燃料生产系统
火星将是人类进行星际飞行的基地，往返火星的运载火箭是实现星际飞行的重要工具。由于地外环境的特殊以及火箭燃料的特点，使得甲烷/液氧发动机比液氢、液氧燃料的发动机更有优势。如甲烷比液氢密度大，沸点高，储箱易于设计；液氧与甲烷沸点分别为90K和112K，按近空间温度便于空间长期贮存，也便于在火箭内贮存时的温度控制。因此，火星基地的载人航天任务，资源化的最核心目标是生产用于人员生命保障(O2和H2O)和推进剂(CH4和O2)。
火星土壤的主要元素是氧，含量约占50％，硅为15-30％、铁为15-16％、铝为2-7％。火星气温低，土壤中还封存在水及二氧化碳。火星大气稀薄，其主要成份为二氧化碳。因此，火星上存在着O、H、C资源。
火星基地的生保系统将使用与月球基地相同的受控生态生保系统，所产生的固态废物种类、产量也基本相同。
针对火量基地对物质的需求，系统采用附图3所示的结构，固体废物转化炉12为热气化反应器，固体废物转化炉12中发生的反应如反应式(1)，产生的产物主要为氢气与一氧化碳等。
火星尘土中的金属氧化物在地外矿物还原炉21中与氢气与一氧化碳反应按反应式(2)、(3)，进行，产生的二氧化碳与水蒸汽进入水电解池31中电解，发生的如反应式(4)、(5)，阳极产生的氧气，经热交换器32换热后进入氧储箱34，阴极产生的氢气与一氧化碳进入Sabatier反应器36，生成产物甲烷与水，它们在冷凝分离器37中冷却后，液体的水输入水箱39，气体输入甲烷储罐38。
地外矿物还原炉21下方定期排出金属与残渣，作为当地材料用于建筑等目的，金属材料还可用于其它设备的建设。固体废物转化炉12的下方排出固废反应后的灰份，可用于植物生长的火星土壤的改造。
该外基地固体废物和原位物质资源化集成利用系统及方法，具有如下技术效果：
1)所使用的资源全部来自原位现场，可以形成不依赖地球后勤保障系统支持、独立地完成氧气、燃料保障物质的生产，开辟了一条保障物质生产新路径。
2)将废物处理与物质生产的资源需求有机统一、实现了物质的循环再生与地外矿物利用的合理结合，有效地解决了地外条件下环境保护与物质生产的可持续发展。
3)从资源利用、装置接口、工艺参数方面进行了合理匹配，既实现系统各功能装置无需改造的便利整合，又保障了各装置的独立性，提高了系统的可靠性，并且由于各装置的直接热兼容热，大幅度节省了系统能量。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种地外基地固体废物和原位物质资源化集成利用系统，其特征在于，包括固废处理与资源化装置、原位矿物资源化装置、氧气与燃料提取装置，所述固废处理与资源化装置与所述原位矿物资源化装置连接，所述原位矿物资源化装置与所述氧气与燃料提取装置连接；
所述固废处理与资源化装置用于将地外基地固体废物转化为原位矿物资源化的还原剂；所述还原剂包括氢气、一氧化碳、甲烷；所产生的粉尘用于改良生态系统中的土壤；
所述原位矿物资源化装置用于将含有金属氧化物的地外基地矿物与所述还原剂反应，生成金属及气态产物水及二氧化碳，所述金属以及产生的残渣用于建筑；
所述氧气与燃料提取装置用于将水、二氧化碳转化为氧气、氢气、一氧化碳、甲烷；其中，高纯度的氧气用作生保物质或助燃料剂，氢气、一氧化碳、甲烷用作补充的还原剂返回所述原位矿物资源化装置，多余部分直接或进一步处理用作动力与能源系统的燃料。
2.根据权利要求1所述的地外基地固体废物和原位物质资源化集成利用系统，其特征在于，所述固废处理与资源化装置包括第一旋风分离器、固体废物转化炉；所述原位矿物资源化装置包括地外矿物还原炉、第二旋风分离器；所述氧气与燃料提取装置包括水电解池、热交换器、净化器、氧储罐、氢储罐；
所述第一旋风分离器与所述固体废物转化炉连接，所述地外矿物还原炉通过所述第二旋风分离器与所述水电解池连接，所述水电解池的阴极通过所述热交换器与所述氧储罐连接，所述水电解池的阳极通过支路一依次连接所述净化器及氢储罐，通过支路二与所述地外矿物还原炉连接；
所述固体废物转化炉用于将炉内的固体废物和水发生转化反应，产生的气体与粉尘通过所述第一旋风分离器进行气、固分离，分离的粉尘与固体废物转化炉中排出的残渣混合，作为受控生态生保系统中植物土壤改良成份使用，分离的气体作为还原剂直接进入所述地外矿物还原炉；
所述地外矿物还原炉用于将还原性气体与地外矿物在高温下反应，将地外矿物中的氧转换为水及二氧化碳，通过所述第二旋风分离器进行气、固分离后，分离高温水蒸气及二氧化碳进入所述水电解池，分离的固体作为废渣与地外矿物还原炉排出的废渣一道用作建筑材料，所述地外矿物还原炉生成的金属用作地外基地的结构材料；
所述水电解池用于：
在阳极产生氧气，并通过所述热交换器将氧气降温后储存至所述氧储罐中，用于生保系统或燃料系统；
在阴极产生氢气及一氧化碳，将氢气及一氧化碳中的一部分作为补充的还原剂直接返回至所述地外矿物还原炉中，另一部分经所述净化器后，氢气储存于所述氢储罐中，一氧化碳返回至所述地外矿物还原炉。
3.根据权利要求1所述的地外基地固体废物和原位物质资源化集成利用系统，其特征在于，所述固废处理与资源化装置包括第一旋风分离器、固体废物转化炉；所述原位矿物资源化装置包括地外矿物还原炉、第二旋风分离器；所述氧气与燃料提取装置包括水电解池、热交换器、氧储罐、Sabatier反应器；冷凝分离器、甲烷储罐、水箱；
所述第一旋风分离器与所述固体废物转化炉连接，所述地外矿物还原炉通过所述第二旋风分离器与所述水电解池连接，所述水电解池的阴极通过所述热交换器与所述氧储罐连接，所述水电解池的阳极与所述Sabatier反应器连接；所述Sabatier反应器通过支路一与所述冷凝分离器连接，所述冷凝分离器与所述甲烷储罐及水箱连接，所述Sabatier反应器通过支路二与所述地外矿物还原炉连接；
所述固体废物转化炉用于将炉内的固体废物和水发生转化反应，产生的气体与粉尘通过所述第一旋风分离器进行气、固分离，分离的粉尘与固体废物转化炉中排出的残渣混合，作为受控生态生保系统中植物土壤改良成份使用，分离的气体作为还原剂直接进入所述地外矿物还原炉；
所述地外矿物还原炉用于将还原性气体与地外矿物在高温下反应，将地外矿物中的氧转换为水及二氧化碳，通过所述第二旋风分离器进行气、固分离后，分离高温水蒸气及二氧化碳进入所述水电解池，分离的固体作为废渣与地外矿物还原炉排出的废渣一道用作建筑材料，所述地外矿物还原炉生成的金属用作地外基地的结构材料；
所述水电解池用于：
在阳极产生氧气，并通过所述热交换器将氧气降温后储存至所述氧储罐中，用于生保系统或燃料系统；
在阴极产生氢气及一氧化碳，将产生的氢气、一氧化碳以及未反应的二氧化碳，送入所述Sabatier反应器中，在催化剂的作用下进行反应，产生甲烷与水，部分甲烷产物用于还原金属氧化物，部分产物经所述冷凝分离器冷凝、分离后的水输入水箱，甲烷输入甲烷储罐。
4.根据权利要求2或3所述的地外基地固体废物和原位物质资源化集成利用系统，其特征在于，所述固体废物转化炉与地外矿物还原炉排出的废渣的热量用于加热地外矿物。
5.一种地外基地固体废物和原位物质资源化集成利用方法，其特征在于，包括：
将地外基地固体废物转化为原位矿物资源化的还原剂；所述还原剂包括氢气、一氧化碳、甲烷；将产生的粉尘用于改良生态系统中的土壤；
将含有金属氧化物的地外基地矿物与所述还原剂反应，生成金属及气态产物水及二氧化碳，将所述金属以及产生的残渣用于建筑；
将水、二氧化碳转化为氧气、氢气、一氧化碳、甲烷，将高纯度的氧气用作生保物质或助燃料剂，将氢气、一氧化碳、甲烷用作补充的还原剂，将多余部分直接或进一步处理用作动力与能源系统的燃料。
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