ITMI20111420A1 - Procedimento per l'ottenimento di prodotti utili al sostentamento di missioni spaziali sul suolo marziano mediante l'utilizzo di risorse reperibili in situ - Google Patents
Procedimento per l'ottenimento di prodotti utili al sostentamento di missioni spaziali sul suolo marziano mediante l'utilizzo di risorse reperibili in situ Download PDFInfo
- Publication number
- ITMI20111420A1 ITMI20111420A1 IT001420A ITMI20111420A ITMI20111420A1 IT MI20111420 A1 ITMI20111420 A1 IT MI20111420A1 IT 001420 A IT001420 A IT 001420A IT MI20111420 A ITMI20111420 A IT MI20111420A IT MI20111420 A1 ITMI20111420 A1 IT MI20111420A1
- Authority
- IT
- Italy
- Prior art keywords
- produced
- unit
- water
- martian
- dome
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 87
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims description 22
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 152
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 122
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 claims description 122
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 claims description 99
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 90
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims description 83
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 64
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 claims description 63
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 62
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 62
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 61
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 61
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 56
- 239000002028 Biomass Substances 0.000 claims description 43
- 239000007787 solid Substances 0.000 claims description 43
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 claims description 39
- 229910000069 nitrogen hydride Inorganic materials 0.000 claims description 37
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 34
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 33
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 29
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 29
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 claims description 26
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 23
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 23
- 239000002002 slurry Substances 0.000 claims description 21
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 claims description 20
- 238000002386 leaching Methods 0.000 claims description 20
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 20
- PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 2-(3-bromo-2-fluorophenyl)acetic acid Chemical compound OC(=O)CC1=CC=CC(Br)=C1F PAWQVTBBRAZDMG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 19
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 claims description 19
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 18
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 17
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 17
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims description 16
- 239000003380 propellant Substances 0.000 claims description 16
- 235000013305 food Nutrition 0.000 claims description 15
- 230000036571 hydration Effects 0.000 claims description 15
- 238000006703 hydration reaction Methods 0.000 claims description 15
- 239000002054 inoculum Substances 0.000 claims description 15
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 claims description 14
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 229910021536 Zeolite Inorganic materials 0.000 claims description 12
- HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O HNPSIPDUKPIQMN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 claims description 12
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 claims description 12
- 238000002336 sorption--desorption measurement Methods 0.000 claims description 12
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims description 11
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 claims description 11
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 10
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 10
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 235000021073 macronutrients Nutrition 0.000 claims description 10
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 claims description 10
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000009412 basement excavation Methods 0.000 claims description 8
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims description 8
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 8
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000006386 neutralization reaction Methods 0.000 claims description 7
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 claims description 7
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 claims description 6
- 235000015872 dietary supplement Nutrition 0.000 claims description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 6
- 241000894007 species Species 0.000 claims description 6
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 claims description 5
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims description 5
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 claims description 5
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 claims description 5
- 235000018927 edible plant Nutrition 0.000 claims description 5
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 5
- 239000002509 fulvic acid Substances 0.000 claims description 5
- 239000004021 humic acid Substances 0.000 claims description 5
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 5
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 claims description 5
- 241000192542 Anabaena Species 0.000 claims description 4
- 235000016425 Arthrospira platensis Nutrition 0.000 claims description 4
- 240000002900 Arthrospira platensis Species 0.000 claims description 4
- 240000009108 Chlorella vulgaris Species 0.000 claims description 4
- 235000007089 Chlorella vulgaris Nutrition 0.000 claims description 4
- 241000531074 Chroococcidiopsis Species 0.000 claims description 4
- 241000195493 Cryptophyta Species 0.000 claims description 4
- 241001464427 Gloeocapsa Species 0.000 claims description 4
- 241000215457 Leptolyngbya Species 0.000 claims description 4
- 241000192608 Phormidium Species 0.000 claims description 4
- 241000196304 Picochlorum eukaryotum sensu Mainz 1 Species 0.000 claims description 4
- 241001453296 Synechococcus elongatus Species 0.000 claims description 4
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 4
- 229940011019 arthrospira platensis Drugs 0.000 claims description 4
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000003795 desorption Methods 0.000 claims description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 4
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 4
- 230000000243 photosynthetic effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 4
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 4
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 3
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 claims description 2
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 claims description 2
- 238000009331 sowing Methods 0.000 claims description 2
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 88
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 27
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 22
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 15
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 11
- 239000000047 product Substances 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 7
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 5
- 229920000840 ethylene tetrafluoroethylene copolymer Polymers 0.000 description 5
- 235000013311 vegetables Nutrition 0.000 description 5
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000003491 array Methods 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 150000002823 nitrates Chemical class 0.000 description 4
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 4
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 3
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 230000002354 daily effect Effects 0.000 description 3
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 3
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 3
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 3
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 238000003809 water extraction Methods 0.000 description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 239000004566 building material Substances 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 2
- 229930002875 chlorophyll Natural products 0.000 description 2
- 235000019804 chlorophyll Nutrition 0.000 description 2
- ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M chlorophyll a Chemical compound C1([C@@H](C(=O)OC)C(=O)C2=C3C)=C2N2C3=CC(C(CC)=C3C)=[N+]4C3=CC3=C(C=C)C(C)=C5N3[Mg-2]42[N+]2=C1[C@@H](CCC(=O)OC\C=C(/C)CCC[C@H](C)CCC[C@H](C)CCCC(C)C)[C@H](C)C2=C5 ATNHDLDRLWWWCB-AENOIHSZSA-M 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000003651 drinking water Substances 0.000 description 2
- 235000020188 drinking water Nutrition 0.000 description 2
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 2
- 230000003203 everyday effect Effects 0.000 description 2
- 239000008246 gaseous mixture Substances 0.000 description 2
- 150000002431 hydrogen Chemical class 0.000 description 2
- 230000005764 inhibitory process Effects 0.000 description 2
- 230000003050 macronutrient Effects 0.000 description 2
- 239000011785 micronutrient Substances 0.000 description 2
- 235000013369 micronutrients Nutrition 0.000 description 2
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 2
- 229920000139 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 2
- 239000005020 polyethylene terephthalate Substances 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 2
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical class [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 241000192700 Cyanobacteria Species 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001061257 Emmelichthyidae Species 0.000 description 1
- 230000005526 G1 to G0 transition Effects 0.000 description 1
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910002651 NO3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920000557 Nafion® Polymers 0.000 description 1
- NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N Nitrate Chemical compound [O-][N+]([O-])=O NHNBFGGVMKEFGY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052772 Samarium Inorganic materials 0.000 description 1
- SEQDDYPDSLOBDC-UHFFFAOYSA-N Temazepam Chemical compound N=1C(O)C(=O)N(C)C2=CC=C(Cl)C=C2C=1C1=CC=CC=C1 SEQDDYPDSLOBDC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003698 anagen phase Effects 0.000 description 1
- 229940069428 antacid Drugs 0.000 description 1
- 239000003159 antacid agent Substances 0.000 description 1
- 230000001458 anti-acid effect Effects 0.000 description 1
- 230000001651 autotrophic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 239000003085 diluting agent Substances 0.000 description 1
- 230000035622 drinking Effects 0.000 description 1
- QHSJIZLJUFMIFP-UHFFFAOYSA-N ethene;1,1,2,2-tetrafluoroethene Chemical group C=C.FC(F)=C(F)F QHSJIZLJUFMIFP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001963 growth medium Substances 0.000 description 1
- 230000003116 impacting effect Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 238000011081 inoculation Methods 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052746 lanthanum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010808 liquid waste Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 210000004072 lung Anatomy 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 238000007726 management method Methods 0.000 description 1
- 239000002609 medium Substances 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- -1 polyethylene terephthalate Polymers 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000004064 recycling Methods 0.000 description 1
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 description 1
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 description 1
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 239000002910 solid waste Substances 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004083 survival effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 230000036642 wellbeing Effects 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
- A01G15/00—Devices or methods for influencing weather conditions
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
- A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
- A01G9/18—Greenhouses for treating plants with carbon dioxide or the like
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B15/00—Operating or servicing cells
- C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
- C25B9/70—Assemblies comprising two or more cells
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
- E21C—MINING OR QUARRYING
- E21C51/00—Apparatus for, or methods of, winning materials from extraterrestrial sources
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Atmospheric Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Geology (AREA)
- Fertilizers (AREA)
- Cultivation Of Plants (AREA)
- Tents Or Canopies (AREA)
- Greenhouses (AREA)
Description
“PROCEDIMENTO PER L’OTTENIMENTO DI PRODOTTI UTILI AL SOSTENTAMENTO DI MISSIONI SPAZIALI SUL SUOLO MARZIANO MEDIANTE L’UTILIZZO DI RISORSE REPERIBILI IN SITU"
CAMPO DELL’INVENZIONE
La presente invenzione riguarda un procedimento per l’ottenimento di prodotti utili al sostentamento di missioni spaziali permanenti su Marte mediante utilizzo di risorse reperibili in situ, come pure il kit di materiali per l’implementazione dello stesso.
STATO DELLA TECNICA
È noto l’interesse da parte della NASA di intraprendere nei prossimi 40 anni missioni umane su asteroidi, Luna e Marte. In particolare, à ̈ recente l’annuncio che à ̈ prevista una missione sulla Luna entro il 2020.
Nell'ambito, in particolare, degli attuali programmi di esplorazione spaziale, sono noti gli acronimi ISRU (In Situ Resource Utilization) e ISFR (In Situ Fabrication and Repair). Il primo si riferisce all’utilizzazione di risorse già disponibili su Luna o Marte, mentre il secondo acronimo si riferisce allo sviluppo di tecnologie di fabbricazione, manutenzione e riparazione che consentono l’allungamento dei tempi di missione umana e la riduzione dei relativi costi.
In tale contesto sono state sviluppate tecnologie innovative per il riciclo totale dei rifiuti liquidi e solidi prodotti dagli astronauti, per la produzione di acqua e cibo, per la produzione di energia da fonti rinnovabili nonché per la captazione e il riutilizzo della C02di cui à ̈ costituita ad esempio l’atmosfera marziana. Con riferimento ai suddetti obiettivi, nell'ambito delle ricerche svolte per la Stazione Spaziale Internazionale (ISS), à ̈ stato sviluppato un insieme di tecnologie generalmente indicato con l’acronimo ECLSS - Environmental Control and Life Support System, (Lewis JF, et al. International space station (ISS) environmental Controls and life support System (ECLSS) manual oxygen management. In: International Conference on Environmental Systems, Rome, Italy; (2005)). Gli attuali sistemi ECLSS non sono in grado di autosostenersi totalmente richiedendo pertanto l’integrazione mediante apporti esterni di ossigeno, cibo e acqua.
Per l’iimplementazione su scala applicativa dei paradigmi ECLSS, TESA (Ente Spaziale Europeo) già dal 1988 à ̈ impegnato nel cosiddetto progetto MELISSA (Micro Ecological Life Support System Alternative), che prevede la realizzazione di un ciclo chiuso (totale recupero di rifiuti e energia all’interno della cabina) che garantisca le condizioni opportune per la sopravvivenza di un equipaggio durante missioni permanenti di lunga durata su Luna e Marte e non più esclusivamente su stazione spaziale (Mergeay, M., Verstraete, W. MELISSA: a microorganism based model for CELSS development, in: Proceedings of thà ̈ Third Symposium on Space Thermal Control & Life Support System. Noordwijk, The Netherlands, pp. 65-68, 1988).
Nonostante l’obiettivo finale del progetto MELISSA sia quello di pervenire ad un sistema che si autosostiene, le simulazioni modellistiche realizzate hanno mostrato che neppure l’obiettivo preliminare di ottenere il 100% dell’ossigeno e il 20% necessario ai membri dell'equipaggio à ̈ ottenibile con le attuali tecnologie (L. Poughon, L., Farges, B., Dussap, C.G., Godia, F., Lasseur, C. “Simulation of thà ̈ MELiSSA closed loop System as a tool to define its integration strategy†Advances in Space Research, 44, 1392-1403 (2009).
È pertanto sentita l’esigenza di sviluppare procedimenti per l’ottenimento di prodotti quali acqua, ossigeno, propellenti, fertilizzanti, biomassa edibile e cibo vegetale a partire esclusivamente da risorse Marziane, che, operando in sinergia con le tecnologie ECLSS attualmente disponibili, consentano di pervenire ad un sistema integrato in grado di autosostenersi e che non mostri gli svantaggi sopra descritti per i procedimenti noti.
SOMMARIO DELL’INVENZIONE
Tale scopo à ̈ stato raggiunto mediante un procedimento per la produzione di ossigeno, acqua, monossido di carbonio, ammoniaca, fertilizzanti azotati e biomassa edibile sul suolo marziano mediante utilizzo di risorse reperibili in situ, detto procedimento comprendendo due sezioni: nella prima sezione, denominata “sezione chimico-fisica†si producono fertilizzanti a base di azoto e ammoniaca, mentre nella seconda sezione, denominata “sezione biologica†, si produce biomassa edibile.
In particolare, la sezione “chimico fisica†comprende le fasi di:
a) montare sul suolo marziano almeno una cupola geodetica per l’alloggiamento di unità impiantistiche operanti indoor;
b) montare outdoor pannelli fotovoltaici per la produzione di energia necessaria al riscaldamento all'interno dell’almeno una cupola ed all’alimentazione di dette unità impiantistiche;
c) montare outdoor una unità di adsorbimento a temperatura variabile (Temperature Swing Adsorber o TSA) ed un deumidificatore in stato solido (WAter Vapor Adsorption Reactor o WAVAR);
d) insufflare C02marziana pressurizzata, dentro detta almeno una cupola, mediante TSA, fino al raggiungimento di pressioni interne non inferiori a 0,8 bar; e) riscaldare l’interno della almeno una cupola fino al raggiungimento di temperature non inferiori a 10°C attraverso sistemi di riscaldamento alimentati da detti pannelli fotovoltaici;
f) realizzare una struttura di protezione meccanica delle apparecchiature operanti “outdoor†;
g) disporre all’interno della cupola le unità impiantistiche per la produzione dei fertilizzanti;
h) inviare il gas costituito dall’atmosfera marziana all’unità WAVAR, operante outdoor, per l’estrazione dell’acqua atmosferica;
i) procedere all’escavazione e all’invio della regolith marziana ad un sistema indoor denominato MPO (Microwave Pizza Oven), per l’estrazione dell’acqua adsorbita e dell’acqua di idratazione dei minerali, mediante microonde;
j) inviare l'acqua estratta dall'atmosfera marziana in un serbatoio di stoccaggio; k) ripartire l’acqua estratta dalla regolith in tre correnti denominate πΠ, π2 e π3; L) inviare la corrente d’acqua πΠad un elettrolizzatore operante indoor per produrre due correnti separate di H2e 02;
m) inviare l’atmosfera disidratata in uscita dall’unità WAVAR al sistema TSA di separazione e pressurizzazione della C02, basato su cicli di adsorbimentodesorbimento a temperature variabili su materiali zeolitici, contestualmente producendo una seconda corrente gassosa costituita essenzialmente da N2e Ar;
n) inviare la C02separata e pressurizzata ad un elettrolizzatore per la produzione di 02e di una corrente di gas costituito da una miscela di CO e C02da stoccare e utilizzare come propellente per le attività extraveicolari;
o) inviare la seconda corrente separata dal TSA, costituita principalmente da N2e Ar, unitamente all’H2prodotto dall’elettrolisi dell’acqua, verso un reattore che consente la produzione, per elettrosintesi, di ammoniaca in fase gas (NH3), contestualmente producendo un flusso di Ar che risulta inerte durante il processo reattivo che porta alla produzione di NH3;
p) ripartire la corrente di NH3prodotta in due correnti denominate Î ̃1 e Î ̃2; q) inviare il flusso di Ar uscente dalla sezione di elettrosintesi (o), unitamente alla corrente Î ̃1 di NH3(p), unitamente all’ossigeno, prodotto come indicato al punto (I), unitamente alla corrente Ï€2 d'acqua prodotta come al punto (k) ad una unità per la produzione di acido nitrico (HN03) e di un gas di scarico costituito principalmente da Ar, operante sulla base del processo Ostwald;
r) ripartire la corrente di HN03prodotto in due correnti denominate pi e p2; s) ripartire la corrente Î ̃2 di NH3prodotta come indicato al punto (p) in due ulteriori correnti Î ̃2’ e Î ̃2†.
t) inviare la corrente Î ̃2’ ad un serbatoio di stoccaggio da cui attingere per utilizzare l’NH3come propellente per le attività extra veicolari o come fertilizzante in coltivazioni idroponiche;
u) inviare la corrente pi di HN03unitamente alla corrente Î ̃2†di NH3, prodotta come al punto (s), in un reattore per l’assorbimento e la neutralizzazione che consente la produzione di nitrato d’ammonio (NH4N03) da utilizzare come fertilizzante.
La “sezione biologica†invece comprende le fasi di:
a’) montare sul suolo marziano almeno una cupola geodetica per l’alloggiamento di unità impiantistiche operanti indoor;
b’) montare outdoor pannelli fotovoltaici per la produzione di energia necessaria al riscaldamento all’interno dell’almeno una cupola ed all’alimentazione di dette unità impiantistiche;
c') montare outdoor una unità di adsorbimento a temperatura variabile (Temperature Swing Adsorber o TSA);
d’) insufflare C02marziana pressurizzata dentro detta almeno una cupola, mediante TSA, fino al raggiungimento di pressioni interne non inferiori a 0,8 bar; e’) riscaldare l’interno della almeno una cupola fino al raggiungimento di temperature non inferiori a 10°C attraverso sistemi di riscaldamento alimentati da detti pannelli fotovoltaici;
f) procedere all'escavazione e all’invio della regolith marziana ad un sistema indoor denominato MPO (Microwave Pizza Oven), per l’estrazione dell’acqua adsorbita e dell’acqua di idratazione dei minerali, mediante microonde;
g’) miscelare l’acqua prodotta con opportuni quantitativi di acido nitrico prodotto nella sezione chimico fisica;
h’) ripartire la regolith disidratata prodotta come indicato al punto (f) in due distinti flussi solidi denominati τι’ e τ2’;
i’) inviare l’acqua miscelata con acido nitrico prodotta al punto (g’) unitamente al flusso solido TÌ’ di regolith in un reattore di lisciviazione per il trasferimento di micro- e macronutrienti dalla fase solida alla fase liquida;
j') inviare la miscela di solido e liquido (slurry) uscente dal reattore di lisciviazione ad un sistema di filtrazione per la separazione del solido, denominato “regolith lisciviata†, dal liquido arricchito in micro- e macronutrienti, denominato “brodo di coltura†;
k’) inviare atmosfera marziana all’unità TSA per separare e pressurizzare la C02, mediante cicli di adsorbimento-desorbimento a temperature variabili su materiali zeolitici, contestualmente producendo una seconda corrente gassosa costituita essenzialmente da N2e Ar;
Γ) stoccare detta seconda corrente gassosa di N2e Ar, prodotto come indicato al punto precedente, in opportuni serbatoi da cui potrà essere prelevato per essere utilizzato come buffer gas nelle apparecchiature di analisi impiegate durante le fasi di campionamento da eseguirsi a scopo scientifico durante la missione;
m’) preparare l’inoculo di opportuni ceppi algali portati dalla Terra;
n’) inviare il “brodo di coltura†prodotto come indicato al punto (j’), unitamente al flusso pressurizzato di C02, prodotta come indicato al punto (k’), unitamente ad HNO3, prodotto nella sezione chimico-fisica, ed all’inoculo prodotto come al punto (m’), in almeno un fotobioreattore da utilizzarsi per promuovere la crescita aigaie;
o’) effettuare l’assorbimento in fase liquida della C02attraverso sistemi basati su pompe idropneumatiche (“airlift†) che consentono un adeguato miscelamento dei componenti inviati nel fotobioreattore, nonché un’adeguata circolazione della miscela di alghe e brodo di coltura, denominata “slurry biologico†;
p') esporre l’almeno un fotobioreattore ad una sorgente di luce in grado di promuovere la fotosintesi, così ottenendo la formazione di nuova biomassa aigaie e ossigeno fotosintetico;
q’) separare la biomassa aigaie dal brodo di coltura mediante centrifugazione e l’ossigeno mediante degasaggio;
r’) stoccare l’ossìgeno da inviare alle sezioni ECLSS (Envìronmental Control and Life Support System) in un serbatoio a tenuta e in pressione e disidratare ulteriormente la biomassa aigaie al fine del suo utilizzo come alimento o integratore alimentare;
s’) trasferire il brodo di coltura esausto prodotto al punto q’), unitamente al nitrato d’ammonio (NH4NO3) prodotto nella sezione chimico fisica, alla regolith lisciviata, prodotta come indicato al punto (j’)>ad opportuni quantitativi di acidi umici e fulvici portati dalla Terra, ed a scarti metabolici umani, nelle cupole dove sono coltivate piantagioni a scopo alimentare.
Sotto un altro aspetto, l’invenzione concerne un kit di materiali ed apparecchiature per ('implementazione del procedimento dell’invenzione che comprende due gruppi di parti, denominate gruppo “chimico fisico†e gruppo “biologico†.
Il gruppo “chimico fisico†del kit comprende:
- almeno una cupola geodetica per l’alloggiamento delle diverse unità impiantistiche utilizzate nella sezione chimico fisica del procedimento sopra riportato;
- almeno un pannello fotovoltaico per produrre l’energia utile al riscaldamento della atmosfera interna alla almeno una cupola e quella necessaria all’operatività delle unità impiantistiche di seguito specificate;
- almeno una unità TSA costituita da almeno un letto adsorbente di zeolite e almeno un radiatore avente funzione di garantire lo scambio termico con l'ambiente naturale marziano per consentire l’esecuzione di cicli di adsorbimento-desorbimento a temperatura variabile, per separare la C02dagli altri gas costituenti l’atmosfera marziana (principalmente N2 e Ar), e pressurizzare la stessa C02separata, nonché insufflare e mettere in pressione la medesima C02all'interno della almeno una cupola;
- almeno una unità WAVAR basata sull’utilizzo di zeoliti e processi di adsorbimento, seguiti da desorbimento con microonde, per l’estrazione dell’acqua presente nell’atmosfera marziana;
- almeno un serbatoio per lo stoccaggio dell’acqua estratta dall’atmosfera marziana;
- almeno un escavatare ed almeno un nastro trasportatore per lo scavo e il convogliamento della regolith marziana alle unità di trattamento della stessa;
- almeno una unità MPO, comprendente almeno un magnetrone per l’estrazione dell’acqua adsorbita e di quella di idratazione dalla regolith Marziana mediante riscaldamento a microonde;
- almeno un connettore di tubazioni a tre uscite per ripartire l’acqua estratta dalla regolith in tre correnti denominate πΠ, π2 e π3;
- almeno un elettrolizzatore per l’elettrolisi dell’acqua costituente la corrente πΠe la produzione di idrogeno e ossigeno;
- almeno un elettrolizzatore per l’elettrolisi della C02separata e l’ottenimento di ossigeno e una miscela di CO e CO2;
- almeno una unità costituita da almeno reattore di elettrosintesi con elettrolita solido (Solid oxide fuel celi) per la produzione di ammoniaca a partire dal gas ad elevato contenuto di N2 e Ar prodotto nell’unità TSA e dall’idrogeno ottenuto per elettrolisi dell’acqua;
- almeno una unità costituita da un connettore a “T" per ripartire la corrente di ammoniaca prodotta in due correnti denominate Î ̃1 e Î ̃2;
- almeno una unità per la produzione di acido nitrico (HNO3) mediante processo Ostwald a partire da Ar, NH3, H20, 02, detta unità comprendendo almeno un reattore catalitico, almeno una torre di assorbimento e almeno un sistema per lo strippaggio degli "NOx†;
- almeno una unità costituita da un connettore a “T†per ripartire la corrente di acido nitrico (HNO3) prodotto in due correnti denominate pi e p2;
- almeno una unità costituita da un connettore a “T†per ripartire ulteriormente la corrente Î ̃2 in due correnti denominate Î ̃2' e Î ̃2".
- almeno un serbatoio per lo stoccaggio dell’NH3 prodotta; ed
- almeno un reattore gas-liquido operante in continuo per la produzione di NH4NO3a partire da NH3e HN03.
Il gruppo “biologico†del kit comprende:
- almeno una cupola geodetica per l’alloggiamento delle diverse unità impiantistiche utilizzate nella sezione biologica del procedimento sopra riportato;
- almeno un pannello fotovoltaico per produrre l’energia utile al riscaldamento della atmosfera interna alla almeno una cupola e quella necessaria all’operatività delle unità impiantistiche di seguito specificate;
- almeno una unità TSA costituita da almeno un letto adsorbente di zeolite e almeno un radiatore avente funzione di garantire lo scambio termico con l’ambiente naturale marziano per consentire l’esecuzione di cicli di adsorbimento-desorbimento a temperatura variabile, per separare la CO2 dagli altri gas costituenti l’atmosfera marziana (principalmente N2e Ar), e pressurizzare la stessa C02separata nonché insufflare e mettere in pressione la medesima C02all'interno della almeno una cupola;
- almeno un escavatare e un nastro trasportatore per lo scavo e il convogliamento della regolith marziana alle unità di trattamento della stessa;
- almeno una unità MPO, comprendente almeno un magnetrone, per l'estrazione dell'acqua adsorbita e di quella di idratazione dalla regolith Marziana mediante riscaldamento a microonde;
- almeno una unità per il miscelamento dell'acqua estratta dalla regolith con opportuni quantitativi di acido nitrico prodotto nella sezione chimico fisica; - almeno una unità costituita da un nastro trasportatore a due vie per ripartire la regolith disidratata in due flussi solidi denominati τι' e τ2’;
- almeno un reattore operante in continuo, per la lisciviazione del flusso solido Tt’ di regolith con una miscela di acqua e acido nitrico;
- almeno una unità costituita da un "filtro a piatti†per la separazione solido/liquido da eseguire sullo slurry in uscita dal reattore di lisciviazione e la contestuale produzione del "brodo di coltura†e di un flusso di "regolith lisciviata†;
- almeno un serbatoio per lo stoccaggio del gas a base di N2e Ar prodotto dalla unità precedente come esito della separazione dalla C02;
- almeno uno tra i seguenti ceppi algali: Gloeocapsa strain OU_20, Leptolyngbya strain OU_13, Phormidium strain OU_10, Chroococcidiopsis 029; Arthrospira platensis; Synechococcus elongatus; Anabaena cilindrica; Chlorella vulgaris; Nannochloris Eucaryotum o ceppi geneticamente modificati;
- almeno una unità per la preparazione dell’inoculo di ceppi algali;
- almeno un fotobioreattore per la produzione di biomassa aigaie, in cui il brodo di coltura à ̈ a contatto con l’inoculo aigaie, con l’acido nitrico e con la corrente gassosa avente elevato contenuto di C02denominata Î ̃2;
- almeno una pompa idropneumatica di tipo “airlifit†per l'assorbimento in fase liquida della C02,l'adeguato grado di miscelamento tra i componenti inviati nel fotobioreattore e la circolazione dello "slurry biologico†;
- almeno una unità per la separazione della biomassa aigaie e dell’ossigeno prodotti nel fotobioreattore dal brodo di coltura esausto;
- almeno un serbatoio per lo stoccaggio dell’ossigeno prodotto dal fotobioreattore;
- almeno una unità per la disidratazione della biomassa aigaie; ed
- almeno una cupola geodetica da adibire a serra per la coltivazione di specie vegetali edibili.
Come sarà evidente dalla seguente descrizione dettagliata, il kit di materiali ed apparecchiature nonché il procedimento che lo impiega consentono di produrre ossigeno, acqua, monossido di carbonio, ammoniaca, fertilizzanti azotati e biomassa edibile sul suolo marziano mediante utilizzo di risorse reperibili in situ. BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE
Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione saranno evidenti dalla descrizione dettagliata di seguito riportata, nonché dall’esempio realizzativo fornito a titolo illustrativo e non limitativo, e dalle annesse Figure allegate, in cui:
- Figura 1 mostra il diagramma di flusso della sezione chimico-fisica del procedimento secondo l’Esempio;
- Figura 2 mostra il diagramma di flusso della sezione biologica del procedimento secondo l’Esempio; e
- Figura 3 mostra l’evoluzione della concentrazione di biomassa aigaie ottenuta sperimentalmente in funzione del tempo di coltura secondo l’Esempio.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE
La presente invenzione riguarda pertanto un procedimento ed un kit di materiali ed apparecchiature per la produzione di ossigeno, acqua, monossido di carbonio, ammoniaca, fertilizzanti azotati, biomassa edibile e cibo a partire da risorse marziane per il supporto di missioni spaziali permanenti di media/lunga durata su Marte. Il procedimento ed il kit della presente invenzione sono da intendersi operanti in sinergia con sistemi ECLSS rappresentandone l’ideale completamento per la realizzazione di un sistema integrato in grado di autosostenersi. Il procedimento si basa quindi sullo sfruttamento delle risorse marziane, dell’atmosfera, del suolo e della radiazione solare, le cui caratteristiche anche in termini di composizione sono riportate ad esempio in pubblicazioni quali: Moroz, V.I., “Chemical composition of thà ̈ Atmosphere of Mars†, Advances in Space Research, 22, 449-457 (1998); e J.F. Bell III, et al. “Mineralogie And Compositional Properties Of Martian Soil And Dust: Results From Mars Pathfinder†J. Geophys.Res., 105, 1721-1755, (2000). In particolare, à ̈ stata rilevata una abbondante presenza di acqua di idratazione nei suolo marziano pari circa il 9% (Rieder, R., et al. “Chemistry of Rocks and Soils at Meridiani Planum from thà ̈ Alpha Particle X-ray Spectrometer†Science 306, 1746-1749 (2004)).
L’invenzione ha quindi come oggetto un procedimento comprendente due sezioni, ossia una sezione chimico-fisica per la produzione di ossigeno, acqua, monossido di carbonio, ammoniaca, e fertilizzanti a base di azoto, ed una sezione biologica per la produzione di biomassa edibile, detta sezione chimico fisica comprendendo le fasi di:
a) montare sul suolo marziano almeno una cupola geodetica per l'alloggiamento di unità impiantistiche operanti indoor;
b) montare outdoor pannelli fotovoltaici per la produzione di energia necessaria al riscaldamento all’interno dell’almeno una cupola ed aH’alimentazione di dette unità impiantistiche;
c) montare outdoor una unità di adsorbimento a temperatura variabile (Temperature Swing Adsorber o TSA) ed un deumidificatore in stato solido (WAter Vapor Adsorption Reactor o WAVAR);
d) insufflare CO2 marziana pressurizzata dentro detta almeno una cupola, mediante TSA, fino al raggiungimento di pressioni interne non inferiori a 0,8 bar; e) riscaldare l’interno della almeno una cupola fino al raggiungimento di temperature non inferiori a 10°C attraverso sistemi di riscaldamento alimentati da detti pannelli fotovoltaici;
f) realizzare una struttura di protezione meccanica delle apparecchiature operanti “outdoor†;
g) disporre all’interno della cupola le unità impiantistiche per la produzione dei fertilizzanti;
h) inviare il gas costituito dall’atmosfera marziana all’unità WAVAR, operante outdoor, per l’estrazione dell’acqua atmosferica;
i) procedere all’escavazione e all’invio della regolith marziana ad un sistema indoor denominato MPO (Microwave Pizza Oven), per l’estrazione dell’acqua adsorbita e dell’acqua di idratazione dei minerali, mediante microonde;
j) inviare l’acqua estratta dall’atmosfera marziana in un serbatoio di stoccaggio; k) ripartire l’acqua estratta dalla regolith in tre correnti denominate πΠ, π2 e π3; L) inviare la corrente d’acqua πΠad un elettrolizzatore operante indoor per produrre due correnti separate di H2 e 02;
m) inviare l’atmosfera disidratata in uscita dall’unità WAVAR al sistema TSA di separazione e pressurizzazione della CO2, basato su cicli di adsorbimentodesorbimento a temperature variabili su materiali zeolitici, contestualmente producendo una seconda corrente gassosa costituita essenzialmente da N2e Ar;
n) inviare la CO2 separata e pressurizzata ad un elettrolizzatore per la produzione di O2 e di una corrente di gas costituito da una miscela di CO e C02da stoccare e utilizzare come propellente per le attività extraveicolari;
o) inviare la seconda corrente separata dal TSA, costituita principalmente da N2e Ar, unitamente airH2prodotto dall'elettrolisi dell’acqua, verso un reattore che consente la produzione, per elettrosintesi, di ammoniaca in fase gas (NH3), contestualmente producendo un flusso di Ar che risulta inerte durante il processo reattivo che porta alla produzione di NH3;
p) ripartire la corrente di NH3prodotta in due correnti denominate Î ̃1 e Î ̃2; q) inviare il flusso di Ar uscente dalla sezione di elettrosintesi (o), unitamente alla corrente Î ̃1 di NH3(p), unitamente all’ossigeno, prodotto come indicato al punto (I), unitamente alla corrente Ï€2 d’acqua prodotta come al punto (k) ad una unità per la produzione di acido nitrico (HN03) e di un gas di scarico costituito principalmente da Ar, operante sulla base del processo Ostwald;
r) ripartire la corrente di HN03prodotto in due correnti denominate pi e p2; s) ripartire la corrente Î ̃2 di NH3prodotta come indicato al punto (p) in due ulteriori correnti Î ̃2' e Î ̃2†.
t) inviare la corrente Î ̃2’ ad un serbatoio di stoccaggio da cui attingere per utilizzare l’NH3come propellente per le attività extra veicolari o come fertilizzante in coltivazioni idroponiche;
u) inviare la corrente pi di HN03unitamente alla corrente Î ̃2†di NH3, prodotta come al punto (s), in un reattore per l’assorbimento e la neutralizzazione che consente la produzione di nitrato d’ammonio (NH4N03) da utilizzare come fertilizzante; e
detta sezione biologica comprendendo le fasi di:
a’) montare sul suolo marziano almeno una cupola geodetica per l’alloggiamento di unità impiantistiche operanti indoor;
b’) montare outdoor pannelli fotovoltaici per la produzione di energia necessaria al riscaldamento all'interno dell’almeno una cupola ed all’alimentazione di dette unità impiantistiche;
c’) montare outdoor una unità di adsorbimento a temperatura variabile (Temperature Swing Adsorber o TSA);
d’) insufflare C02marziana pressurizzata dentro detta almeno una cupola, mediante TSA, fino al raggiungimento di pressioni interne non inferiori a 0,8 bar; e’) riscaldare l’interno della almeno una cupola fino al raggiungimento di temperature non inferiori a 10°C attraverso sistemi di riscaldamento alimentati da detti pannelli fotovoltaici;
f) procedere all’escavazione e all’invio della regolith marziana ad un sistema indoor denominato MPO (Microwave Pizza Oven), per l’estrazione dell’acqua adsorbita e dell’acqua di idratazione dei minerali, mediante microonde;
g’) miscelare l’acqua prodotta con opportuni quantitativi di acido nitrico prodotto nella sezione chimico fisica;
h’) ripartire la regolith disidratata prodotta come indicato al punto (f) in due distinti flussi solidi denominati xi’ e x2’;
i’) inviare l’acqua miscelata con acido nitrico prodotta al punto (g’) unitamente al flusso solido xi’ di regolith in un reattore di lisciviazione per il trasferimento di micro- e macronutrienti dalla fase solida alla fase liquida;
j’) inviare la miscela di solido e liquido (slurry) uscente dal reattore di lisciviazione ad un sistema dì filtrazione per la separazione del solido, denominato “regolith lisciviata†, dal liquido arricchito in micro- e macronutrienti, denominato “brodo di coltura†;
k’) inviare atmosfera marziana all’unità TSA per separare e pressurizzare la C02, mediante cicli di adsorbimento-desorbimento a temperature variabili su materiali zeolitici, contestualmente producendo una seconda corrente gassosa costituita essenzialmente da N2e Ar;
Γ) stoccare detta seconda corrente gassosa di N2e Ar, prodotto come indicato al punto precedente, in opportuni serbatoi da cui potrà essere prelevato per essere utilizzato come buffer gas nelle apparecchiature di analisi impiegate durante le fasi di campionamento da eseguirsi a scopo scientifico durante la missione;
m’) preparare l’inoculo di opportuni ceppi algali portati dalla Terra;
n’) inviare il “brodo di coltura†prodotto come indicato al punto (j’), unitamente al flusso pressurizzato di C02, prodotta come indicato al punto (k’), unitamente ad HNO3, prodotto nella sezione chimico-fisica, ed all’inoculo prodotto come al punto (m’), in almeno un fotobioreattore da utilizzarsi per promuovere la crescita aigaie;
o’) effettuare l’assorbimento in fase liquida della C02attraverso sistemi basati su pompe idropneumatiche (“airlift†) che consentono un adeguato miscelamento dei componenti inviati nel fotobioreattore, nonché un’adeguata circolazione della miscela di alghe e brodo di coltura, denominata “slurry biologico†;
p’) esporre l’almeno un fotobioreattore ad una sorgente di luce in grado di promuovere la fotosintesi, così ottenendo la formazione di nuova biomassa aigaie e ossigeno fotosintetico;
q’) separare la biomassa aigaie dal brodo di coltura mediante centrifugazione e l’ossigeno mediante degasaggio;
r') stoccare l’ossigeno da inviare alle sezioni ECLSS (Environmental Control and Life Support System) in un serbatoio a tenuta e in pressione e disidratare ulteriormente la biomassa aigaie al fine dei suo utilizzo come alimento o integratore alimentare;
s’) trasferire il brodo di coltura esausto prodotto al punto q’), unitamente al nitrato d’ammonio (NH4NO3) prodotto nella sezione chimico fisica, alla regolith lisciviata, prodotta come indicato al punto (j’), ad opportuni quantitativi di acidi umici e fulvici portati dalla Terra, ed a scarti metabolici umani, nelle cupole dove sono coltivate piantagioni a scopo alimentare.
Il procedimento della presente invenzione prevede quindi che nella fase a) siano installate e montate le cupole all’interno delle quali saranno alloggiate le unità impiantistiche necessarie all’implementazione del procedimento stesso ed operanti indoor. All’interno delle cupole sono impostate, con le tecniche di seguito specificate, le condizioni termo-bariche (temperatura e pressione) per cui lo stato di aggregazione di reagenti e prodotti à ̈ del tutto analogo a quello terrestre.
La fase (b) prevede l’installazione e messa in opera di un impianto fotovoltaico che genera l’energia utile l’operatività dell’intero procedimento.
La fase (c) prevede il montaggio outdoor di almeno una unità di adsorbimento a temperatura variabile (Temperature Swing Adsorber 0 TSA) e di almeno un deumidificatore in stato solido (WAter Vapor Adsorption Reactor 0 WAVAR). In particolare le unità impiantistiche per l'estrazione dell’acqua dall’atmosfera marziana WAVAR e per la separazione e pressurizzazione della C02atmosferica mediante cicli di adsorbimento-desorbimento a temperatura variabile TSA, dovranno operare “outdoor†. Tali unità , pur operando nelle condizioni termobanche marziane, dovranno essere protette meccanicamente, mediante opportune strutture realizzabili in situ, ad esempio note dalla domanda di brevetto italiano n. MI2010A001412, da eventuali urti provocati da meteoriti e/o corpi solidi trasportati durante le usuali tempeste di sabbia che caratterizzano l’ambiente marziano.
La fase (d) prevede l’insufflazione forzata della C02marziana pressurizzata all’interno delle cupole mediante TSA, fino al raggiungimento di pressioni interne di almeno 0,8 bar.
La fase (e) del procedimento riguarda l’incremento della temperatura interna alle cupole fino a valori di almeno 10°C preferibilmente tra 10 e 15°C.
La fase (f) Ã ̈ relativa alla costruzione di una struttura di protezione meccanica delle apparecchiature operanti outdoor.
La fase (g) prevede la predisposizione all’interno della cupola di unità impiantistiche per la produzione dei fertilizzanti.
Una volta installate tutte le unità interne ed esterne alla cupola, la fase (h) del procedimento prevede l'invio dell’atmosfera all’almeno una unità WAVAR.
Contemporaneamente alla fase (h), si effettua la fase (i) del procedimento che prevede l’escavazione e l’invio della regolith marziana ad un sistema indoor denominato MPO (Microwave Pizza Oven), per l’estrazione dell’acqua adsorbita e dell’acqua di idratazione dei minerali, mediante microonde. L’acqua che evapora da tale fase può quindi essere condensata per poi essere stoccata come previsto nella fase (j) in un serbatoio avente funzione di polmone da cui può essere prelevata secondo quantitativi utili alle successive fasi del procedimento. La regolith disidratata viene quindi allontanata dalla struttura attraverso un sistema di nastri trasportatori.
La fase (k) prevede che sia prelevata acqua dal serbatoio descritto nella fase (j) che viene poi ripartita, mediante connettori di tubazioni, in tre correnti denominate πι, π2e π3. Secondo quanto indicato nella fase (I) la corrente πΠviene quindi inviata ad un elettrolizzatore, all’interno del quale, grazie all’energia elettrica fornita dall’impianto fotovoltaico, avviene l’elettrolisi dell’acqua e la conseguente produzione di idrogeno (H2) e ossigeno (02). Secondo una forma di realizzazione preferita, il procedimento di elettrolisi dell’acqua si svolge all’interno di una cella elettrolitica, dotata di elettrodi (catodo e anodo), di un elettrolita per il passaggio degli ioni, alimentata elettricamente con corrente continua.
La fase (m) del procedimento prevede l'invio dell’atmosfera marziana disidratata, prodotta durante la fase (h), ad un sistema per la separazione della C02dagli altri gas presenti e la sua relativa pressurizzazione. Tale operazione preferibilmente avviene grazie ad un processo denominato Temperature Swing Adsorption (Rapp, D., et al. "Adsorption Compressor for Acquisition and Compression of Atmospheric C02on Mars†, 33rd AIAA/ASME/SAE/ASEE, Joint Propulsion Conference and Exhibit, (1997)).
Dall’unità TSA si riesce a produrre quindi una corrente di C02pura alla pressione di circa 0,8 bar. Contestualmente, questa unità consente la produzione di una seconda corrente gassosa costituita principalmente da N2e Ar che sarà utilizzata a sua volta in altre fasi del procedimento. La produzione di CO2 pura a 0,8 bar consente di mettere in pressione le cupole e/o alimentare un elettro! izzatore dal quale si ottiene O2 e CO.
L’ossigeno prodotto alla temperatura di 800°C e pressione di 0,8 bar può essere stoccato in opportuni serbatoi dai quali può essere a sua volta prelevato per essere inviato all’alimentazione dei sistemi ECLSS. Il monossido di carbonio può anche esso essere stoccato all’interno di opportuni serbatoi per essere poi utilizzato come propellente per l’alimentazione dei Rover e delle altre strumentazioni utili all’esecuzione di attività extra-veicolari, come da fase (n).
La fase (o) del procedimento prevede l’invio della seconda corrente separata dal TSA, costituita principalmente da N2e Ar, unitamente airH2prodotto dall’elettrolisi dell’acqua, verso un reattore che consente la produzione, per elettrosintesi, di ammonica in fase gas (NH3), contestualmente producendo un flusso di Ar che risulta inerte durante il processo reattivo che porta alla produzione di NH3. Detta elettrosintesi dell’ammoniaca può essere vantaggiosamente effettuata secondo il processo di Rui-Quan; L., et al. “Synthesis of ammonia at atmospheric pressure with Ce0.8M0.202-6(M = La, Y, Gd, Sm) and their proton conduction at intermediate temperature†Solid State lonics 177 (2006) 73 - 76, che per gli scopi della presente invenzione prevede l’utilizzo di argon al posto dell’aria. Si ottiene quindi ammoniaca ad una temperatura di 650°C e alla pressione di 0.8-1 bar.
Parte deH'NH3prodotta in questa fase (o), essendo caratterizzata da un buon potere calorifico inferiore (circa 14360 kJ/m<3>), può essere utilizzata anche come propellente/combustibile da utilizzare durante le attività extra veicolari. Essendo inoltre caratterizzata da una elevata conducibilità termica (circa 245,6 pW/cnrK) parte deH’ammoniaca prodotta può essere utilizzata anche come fluido per lo scambio termico negli scambiatori di calore utilizzati all'interno del sistema ECLSS. Unitamente al flusso di NH3prodotto nella fase (o) si ottiene anche un flusso di argon che risulterà utile nei processi di produzione dell’acido nitrico di cui alla fase (q) di seguito discussa.
La fase (p) del procedimento prevede invece che il flusso di ammoniaca prodotto nella fase (o) sia ripartito, mediante connettori di tubazioni a “T" in due correnti denominate Î ̃1 e Î ̃2.
Nella fase (q) del procedimento si prevede l'invio dell’argon uscente dalla sezione di elettrosintesi (o), unitamente alla corrente Î ̃1 di ammoniaca (p), all’ossigeno prodotto come indicato nella fase (I) e alla corrente Ï€2 d’acqua prodotta nella fase (k), all’unità operante sulla base del processo Ostwald (Ostwald, W., “Process of manufacturing nitric acid†US Pat. 858904 (1907)). Diversamente da quest’ultimo, l’eccesso d’aria previsto per limitare l’esotermicità della reazione di combustione dell’ammoniaca, à ̈ sostituito dall’argon nell’ambito della presente invenzione sulla base della quale in corrispondenza della fase (q) si ottiene acido nitrico e argon. Al fine di produrre il nitrato d’ammonio, la fase (r) prevede la ripartizione della corrente di acido nitrico in due correnti denominate pi e p2. La corrente pi viene quindi destinata all’utilizzo come macronutriente per i fotobioreattori, come specificato in seguito, mentre la corrente p2 à ̈ inviata al reattore di assorbimento e neutralizzazione per la produzione di nitrato d’ammonio (NH4NO3). Parallelamente, come indicato nella fase (s), la corrente di ammoniaca Î ̃2 à ̈ ulteriormente suddivisa in due correnti denominate Î ̃2’ e Î ̃2†. Quest’ultima à ̈ stoccata in opportuni serbatoi per essere destinata ad uso in qualità di combustibile, come da fase (t), mentre la corrente Î ̃2’ à ̈ inviata al reattore di neutralizzazione che opera in corrispondenza della fase (u) dalla quale si ottiene il nitrato d’ammonio.
Per quanto concerne la sezione biologica, le fasi da (a’) a (f) sono del tutto analoghe a quelle già descritte per la sezione chimico-fisica.
La fase (g’) prevede la miscelazione dell’acqua estratta dalla regolith come indicato al punto (f) con opportune quantità di acido nitrico prodotto nella sezione chimico fisica. Questa fase consente una riduzione del pH dell’acqua che rende più efficienti i processi di trasferimento in fase liquida dei macro e micro nutrienti presenti nella regolith da realizzare nella fase (i’) relativa ai processi di lisciviazione.
Nella fase (h') il flusso solido di regolith disidratata prodotto al punto (f) à ̈ opportunamente suddiviso in due flussi solidi denominati τι’ e Ï„2’. Il flusso Ï„2’ può essere utilizzato per produrre materiale da costruzione da utilizzare per realizzare strutture di protezione delle unità operanti “outdoor†. Il processo di produzione dei materiali da costruzione può essere basato sulla tecnologia proposta nella domanda di brevetto italiano n. MI2010A001412.
In termini quantitativi, il flusso ponderale τι’ deve essere tale da garantire un rapporto 1:5 con il flusso d'acqua e acido nitrico prodotto nell’ambito della fase (g’). Nella fase (i’) si prevede l’invio del flusso solido τι’ e di quello relativo all’acido nitrico in un reattore dove liquido e solido sono messi in contatto per formare uno slurry che viene continuamente agitato per garantire un intimo contatto tra fase liquida e fase solida. Questa fase ha come obiettivo quello di portare in fase liquida tutti i macronutrienti (P, S, C) e i micronutrienti (Fe, Mg, Si, etc.) presenti nella regolith. Si produce in tal modo un brodo di coltura che potrà , una volta integrato con i nutrienti a base di azoto, essere sede dei fenomeni di crescita aigaie autotrofica, come descritti ad esempio in Olsson-Francis, K. Et al. “Use of cyanobacteria for in-situ resource use in space applications†Planetary and Space Science 58 1279-1285 (2010). Il tempo di contatto sufficiente a garantire il trasferimento dei nutrienti in fase liquida à ̈ di circa 24 ore.
La separazione del solido dal liquido à ̈ prevista nella fase (j’) del procedimento e può essere realizzata mediante opportuni sistemi di filtrazione a sacchi o a piatti. Dalla fase operativa (j’) si generano pertanto due correnti separate costituite dalla regolith lisciviata e da un liquido che opportunamente integrato con l’acido nitrico prodotto nella sezione chimico fisica costituirà il brodo di coltura per le microalghe.
Contemporaneamente alle fasi finora elencate si effettuano le operazioni di separazione e pressurizzazione della CO2 a partire dall’atmosfera marziana mediante tecnologie che fanno leva sui sistemi TSA. La C02infatti costituisce una altro importante macronutriente necessario a sostenere la crescita aigaie.
La fase (m<1>), effettuata "una tantum†, prevede la preparazione dell’inoculo da inserire nel foto-bioreattore in fase di start-up deirimpianto. L’inoculo può essere costituito preferibilmente da specie algali quali Gloeocapsa strain OU_20, Leptolyngbya strain OU_13, Phormidium strain OU_10, Chroococcidiopsis 029; Arthrospira platensis; Synechococcus elongatus; Anabaena cilindrica; Chlorella vulgaris; Nannochloris Eucaryotum o ceppi geneticamente modificati.
La fase (η') prevede l’inserimento dell’inoculo all’interno di un fotobioreattore verso il quale sono convogliati: il liquido uscente dalla sezione di lisciviazione descritta al punto (j’). la C02gassosa ottenuta come indicato al punto (k’) e opportune quantità di acido nitrico ottenuto nella sezione chimico fisica. Come indicato alla fase (ο'), la C02à ̈ preferibilmente insufflata direttamente nel liquido mediante opportune pompe idropneumatiche di tipo “airilft†che garantiscono anche la circolazione del liquido nel fotobioreattore. Inoltre l’immissione della C02à ̈ preferibilmente effettuata in forma di bolle grazie a diffusori. L’acido nitrico à ̈ invece miscelato al liquido proveniente dalla sezione di lisciviazione mediante semplice immissione consentendo l'arricchimento del brodo di coltura in nitrati. Una volta miscelati gli elementi suddetti con l’inoculo aigaie si ottiene quindi una coltura aigaie, denominata “slurry biologico†, che qualora esposta ad opportuni flussi luminosi à ̈ in grado di dar vita a fenomeni di fotosintesi clorofilliana che consentono la produzione di nuova biomassa aigaie da destinare a usi alimentari. La fornitura del flusso luminoso alla coltura aigaie prevista alla fase (Ï ') può essere ottenuta esponendo direttamente la coltura alla radiazione solare incidente sul suolo marziano oppure preferibilmente mediante sistemi di concentratori solari e fibre ottiche.
Il processo di fotosintesi consente quindi la produzione di nuove microalghe che si traduce in un incremento della concentrazione di biomassa aigaie nella coltura. In una forma di realizzazione preferita, l’operatività prevista per i fotobioreattori à ̈ di tipo fed-batch, ossia semi-continua. Si prevede quindi che la coltura abbia luogo in un sistema chiuso a ricircolo totale finché la concentrazione di biomassa aigaie non raggiunge valori prestabiliti e in genere corrispondenti al raggiungimento dalla fase stazionaria della cinetica di crescita aigaie. Si procede al prelievo di una aliquota prestabilita di coltura aigaie circolante nel reattore e al relativo invio ai sistemi di disidratazione per la separazione della biomassa dal brodo di coltura esausto. L’aliquota di coltura aigaie prelevata, viene quindi rimpiazzata con una aliquota uguale in volume, di brodo di coltura fresco (privo di microalghe e prodotto come indicato alla fase (j’)) che ha il ruolo di rifornire i nutrienti consumati dalle alghe durante la crescita. Una volta effettuate le operazioni di prelievo e integrazione del brodo di coltura fresco, la fase di crescita batch delle micro-alghe riparte. Tali operazioni di prelievo e re-integrazione vengono ripetute periodicamente e, preferibilmente, una volta ogni giorno sempre alla stessa ora della giornata in modo da garantire almeno 25 ore (durata del giorno marziano) di crescita in modalità batch.
La fase (q') del procedimento prevede l’invio della coltura aigaie estratta quotidianamente alla fase di separazione solido liquido che viene realizzata per mezzo di opportuni sistemi di centrifugazione dello "slurry biologico†. La separazione solido - liquido effettuata in questa fase consente comunque di separare la biomassa aigaie dal brodo di coltura esausto. Quest’ultimo può essere riciclato in testa a tutta la sezione biologica qualora si voglia ridurre la quantità d’acqua da estrarre continuamente dalla regolith o, in una forma di realizzazione preferita, inviato alle coltivazioni di specie vegetali superiori all’interno di serre o coltivazioni idroponiche in qualità di liquido per l'irrigazione. Il solido costituito dalla biomassa aigaie uscente dalle centrifughe può essere ulteriormente disidratato mediante forni a microonde per poi essere utilizzato a fini alimentari dagli astronauti.
L’ossigeno prodotto dalla reazione di fotosintesi può essere separato mediante sistemi di degasaggio, come da fase (q’), per essere inviato alle unità ECLSS per la rigenerazione dell’aria all’interno delle cabine abitate dagli astronauti. La fase (r’) del presente procedimento prevede quindi che l’ossigeno prodotto dalla fotosintesi sia stoccato in opportuni serbatoi pressurizzati.
La fase (s’) prevede l’invio di diversi prodotti dei processi finora descritti all’interno di una cupola avente funzione di serra dove si potrà avere la coltivazione di specie vegetali superiori. La fase (s’) preferibilmente comprende le seguenti sotto-fasi: s’1) ricreare all'interno della cupola da adibire a serra marziana, le condizioni di temperatura e pressione compatibili con la crescita delle specie vegetali desiderate;
s'2) inviare la regolith lisciviata prodotta come indicato al punto G’) alla cupola avente funzione di serra;
s’3) miscelare la regolith della sotto-fase (s’2) con il nitrato d’ammonio (NH4NO3) prodotto nella fase (u) della sezione chimico fisica per garantire l’opportuno apporto di nutrienti a base di azoto nella regolith;
s’4) miscelare la regolith ed il nitrato d’ammonio con opportune quantità di acidi umici e fulvici;
s’5) miscelare con la regolith opportune quantità di scarti organici provenienti dalle abitazioni degli astronauti per aumentare il contenuto di sostanza organica del suolo;
s’6) procedere alla semina delle specie vegetali di interesse;
s’7) irrigare la coltivazione mediante la soluzione esausta proveniente dalle centrifughe; e
s’8) fornire il flusso luminoso necessario alla fotosintesi.
Sotto un altro aspetto, l’invenzione concerne un kit di materiali ed apparecchiature per l’implementazione del procedimento dell’invenzione che comprende due gruppi di parti, denominate gruppo “chimico fisico†e gruppo “biologico†.
Il gruppo “chimico fisico†del kit comprende:
- almeno una cupola geodetica per l’alloggiamento delle diverse unità impiantistiche utilizzate nella sezione chimico fisica del procedimento sopra riportato;
- almeno un pannello fotovoltaico per produrre l’energia utile al riscaldamento della atmosfera interna alla almeno una cupola e quella necessaria all’operatività delle unità impiantistiche di seguito specificate;
- almeno una unità TSA costituita da almeno un letto adsorbente di zeolite e almeno un radiatore avente funzione di garantire lo scambio termico con l’ambiente naturale marziano per consentire l’esecuzione di cicli di adsorbimento-desorbimento a temperatura variabile, per separare la C02dagli altri gas costituenti l’atmosfera marziana (principalmente N2e Ar), e pressurizzare la stessa C02separata, nonché insufflare e mettere in pressione la medesima C02all'interno della almeno una cupola;
- almeno una unità WAVAR basata suN’utilìzzo di zeoliti e processi di adsorbimento, seguiti da desorbimento con microonde, per l’estrazione dell’acqua presente nell’atmosfera marziana;
- almeno un serbatoio per lo stoccaggio dell’acqua estratta dall’atmosfera marziana;
- almeno un escavatare ed almeno un nastro trasportatore per lo scavo e il convogliamento della regolith marziana alle unità di trattamento della stessa;
- almeno una unità MPO, comprendente almeno un magnetrone per l'estrazione dell'acqua adsorbita e di quella di idratazione dalla regolith Marziana mediante riscaldamento a microonde;
- almeno un connettore di tubazioni a tre uscite per ripartire l’acqua estratta dalla regolith in tre correnti denominate πΠ, π2 e π3;
- almeno un elettrolizzatore per l’elettrolisi dell’acqua costituente la corrente πΠe la produzione di idrogeno e ossigeno;
- almeno un elettrolizzatore per l'elettrolisi della C02separata e l'ottenimento di ossigeno e una miscela di CO e CO2;
- almeno una unità costituita da almeno reattore di elettrosintesi con elettrolita solido (Solid oxide fuel celi) per la produzione di ammoniaca a partire dal gas ad elevato contenuto di N2 e Ar prodotto nell’unità TSA e dall’idrogeno ottenuto per elettrolisi dell’acqua;
- almeno una unità costituita da un connettore a “T†per ripartire la corrente di ammoniaca prodotta in due correnti denominate Î ̃1 e Î ̃2;
- almeno una unità per la produzione di acido nitrico (HNO3) mediante processo Ostwald a partire da Ar, NH3, H20, 02, detta unità comprendendo almeno un reattore catalitico, almeno una torre di assorbimento e almeno un sistema per lo strippaggio degli “NOx†;
- almeno una unità costituita da un connettore a “T†per ripartire la corrente di acido nitrico (HNO3) prodotto in due correnti denominate pi e p2;
- almeno una unità costituita da un connettore a “T†per ripartire ulteriormente la corrente Î ̃2 in due correnti denominate Î ̃2' e Î ̃2".
- almeno un serbatoio per lo stoccaggio dell’NH3 prodotta; ed
- almeno un reattore gas-liquido operante in continuo per la produzione di NH4NO3a partire da NH3e HNO3.
Il gruppo "biologico†del kit comprende:
- almeno una cupola geodetica per l’alloggiamento delle diverse unità impiantistiche utilizzate nella sezione biologica del procedimento sopra riportato;
- almeno un pannello fotovoltaico per produrre l’energia utile al riscaldamento della atmosfera interna alla almeno una cupola e quella necessaria all’operatività delle unità impiantistiche di seguito specificate;
- almeno una unità TSA costituita da almeno un letto adsorbente di zeolite e almeno un radiatore avente funzione di garantire lo scambio termico con l’ambiente naturale marziano per consentire l’esecuzione di cidi di adsorbimento-desorbimento a temperatura variabile, per separare la CO2dagli altri gas costituenti l’atmosfera marziana (principalmente N2e Ar), e pressurizzare la stessa C02separata nonché insufflare e mettere in pressione la medesima C02all’interno della almeno una cupola;
- almeno un escavatare e un nastro trasportatore per lo scavo e il convogliamento della regolith marziana alle unità di trattamento della stessa;
- almeno una unità MPO, comprendente almeno un magnetrone, per l'estrazione dell'acqua adsorbita e di quella di idratazione dalla regolith Marziana mediante riscaldamento a microonde;
- almeno una unità per il miscelamento dell'acqua estratta dalla regolith con opportuni quantitativi di acido nitrico prodotto nella sezione chimico fisica; - almeno una unità costituita da un nastro trasportatore a due vie per ripartire la regolith disidratata in due flussi solidi denominati τι’ e τ2’;
- almeno un reattore operante in continuo, per la lisciviazione del flusso solido TI’ di regolith con una miscela di acqua e acido nitrico;
- almeno una unità costituita da un "filtro a piatti†per la separazione solido/liquido da eseguire sullo slurry in uscita dal reattore di lisciviazione e la contestuale produzione del “brodo di coltura†e di un flusso di “regolith lisciviata†;
- almeno un serbatoio per lo stoccaggio del gas a base di N2e Ar prodotto dalla unità precedente come esito della separazione dalla C02;
- almeno uno tra i seguenti ceppi algali: Gloeocapsa strain OUJ20, Leptolyngbya strain OU_13, Phormidium strain OU_10, Chroococcidiopsis 029; Arthrospira platensis; Synechococcus elongatus; Anabaena cilindrica; Chlorella vulgaris; Nannochloris Eucaryotum o ceppi geneticamente modificati;
- almeno una unità per la preparazione dell'inoculo di ceppi algali;
- almeno un fotobioreattore per la produzione di biomassa aigaie, in cui il brodo di coltura à ̈ a contatto con l’inoculo aigaie, con l'acido nitrico e con la corrente gassosa avente elevato contenuto di C02denominata Î ̃2;
- almeno una pompa idropneumatica di tipo “airlifit†per l'assorbimento in fase liquida della C02|l'adeguato grado di miscelamento tra i componenti inviati nel fotobioreattore e la circolazione dello "slurry biologico†;
- almeno una unità per la separazione della biomassa aigaie e dell'ossigeno prodotti nel fotobioreattore dal brodo di coltura esausto;
- almeno un serbatoio per lo stoccaggio dell'ossigeno prodotto dal fotobioreattore;
- almeno una unità per la disidratazione della biomassa aigaie; ed
- almeno una cupola geodetica da adibire a serra per la coltivazione di specie vegetali edibili.
Per quanto concerne il gruppo “chimico fisico†del kit, nell’almeno una cupola geodetica sono alloggiate le diverse unità impiantistiche della sezione chimico fisica che devono operare a temperature di almeno 10°C e pressioni di almeno 0.8 bar. Le cupole sono realizzate preferibilmente mediante un’intelaiatura di travi d’alluminio a sezione circolare. La copertura della cupola geodetica à ̈ realizzata preferibilmente con fogli di ETFE (Ethylene Tetrafluoroethylene) aventi densità superficiale di 0.2 kg/m<2>ed elevata resistenza meccanica e termica.
L’almeno un pannello fotovoltaico consente la produzione dell’energia necessaria ad alimentare tutte le fasi operative del procedimento dell'invenzione inclusa quella di riscaldamento dell’atmosfera interna alle cupole. Da un punto di vista elettrico, detto impianto fotovoltaico à ̈ preferibilmente suddiviso in sezioni indipendenti (array) aventi superficie di circa 40 m<2>e un’efficienza di conversione della radiazione solare in energia elettrica pari all’l 1%.
Per l’insufflamento e la compressione dell’atmosfera all’interno delle cupole possono essere utilizzati sistemi di compressione basati su cicli di adsorbimento a temperatura variabile su zeoliti operanti secondo il principio descritto per le unità TSA. Una adatta unità per l’estrazione dell’acqua dall’atmosfera marziana può essere quella descritta in Williams, J. D., et al. “Design of a water vapor adsorption reactor for Martian In Situ Resource Utilization†Journal of British Interplanetary Society, 48, 347-354 (1995).
L’almeno un escavatare ed almeno un nastro trasportatore hanno il compito di scavare e trasportare la regolith marziana alle unità di trattamento della stessa e in particolare alla fase di estrazione dell’acqua con sistemi MPO. Per quanto concerne l’escavatare, una tipologia adatta può essere quella descritta da Caruso, J.J. et al., “Cratos: A Simple Low Power Excavation and Hauling System for Lunar Oxygen Production and General Excavation Tasks†(2008), costituita da un veicolo alimentato da batterie ricaricabili da impianti fotovoltaici o autonomamente tramite piccoli sistemi fotovoltaici. I nastri traportatori chiusi avranno la funzione di convogliare la regolith nel sistema di riscaldamento a microonde per l’estrazione dell’acqua adsorbita sulla regolith o di quella di idratazione dei minerali.
Il nastro trasportatore convoglierà quindi la regolith all’interno dell’almeno una unità MPO per l’estrazione dell’acqua. L’acqua ottenuta viene ripartita in tre flussi denominati πΠ, n2 e Ï€3 mediante almeno un connettore di tubazioni a tre vie di uscita. La portata d’acqua πΠà ̈ quindi inviata all’almeno una unità di elettrolisi costituita da un elettrolita solido per lo scambio dei protoni, un catodo e un anodo entrambi di materiale poroso su cui à ̈ presente un catalizzatore così da operare in condizioni di temperatura non elevate con una buona efficienza.
Parallelamente a queste operazioni, avviene la separazione e contestuale pressurizzazione della C02atmosferica a partire dall’atmosfera marziana disidratata uscente dall’unità WAVAR. Questa operazione à ̈ effettuata in corrispondenza della fase (m) del procedimento nell’almeno una unità per l’adsorbimento-desorbimento della CO2 a temperature variabili.
La C02pura e pressurizzata viene utilizzata per produrre 02e CO nell’almeno una unità di elettrolisi della CO2 prevista dalla presente invenzione. A tal fine à ̈ previsto l'utilizzo di almeno un elettrolizzatore con elettrolita solido a base di ossidi per lo scambio degli ioni, un catodo e un anodo entrambi di materiale poroso su cui à ̈ presente un catalizzatore così da operare in condizioni di temperatura non elevate con una buona efficienza.
L’almeno una cella per l’elettrosintesi deH’ammoniaca à ̈ costituita da un elettrolita ad ossidi solidi per lo scambio degli ioni, un catodo e un anodo entrambi di materiale poroso su cui à ̈ presente un catalizzatore così da operare in condizioni di temperatura non elevate pur mantenendo una buona efficienza. È da specificare che all’interno della cella di elettrosintesi sono inviati sia N2 che Ar. Tuttavia mentre l’azoto partecipa alle reazioni relative alla fase (o), l’argon risulta sostanzialmente inerte. Per questo motivo, aH’uscita da tale unità si avranno un flusso di ammoniaca e un flusso di argon. Quest’ultimo trova un importante utilizzo come diluente nelle sezioni di produzione dell’acido nitrico a partire dalla combustione della ammoniaca. L’ammoniaca prodotta viene invece ripartita in due correnti denominate Î ̃1 e Î ̃2 mediante opportuni connettori di tubazioni a “T†.
La fase (q) del procedimento prevede l’invio della corrente Î ̃1 di ammoniaca, unitamente all’Intero flusso di argon, all’ossigeno prodotto come indicato alla fase (I) e alla corrente Ï€2 di acqua ottenuta come indicato alla fase k) all’unità operante sulla base del processo Ostwald per produrre acido nitrico. Tale processo à ̈ basato sull’insieme di operazioni descritte alla fase (q) e fa leva sull’utilizzo di un reattore catalitico dove avviene la combustione dell’ammoniaca, di una torre di adsorbimento per la produzione di HNO3 a partire da N204e di un sistema per lo stripping delI’NO e la concentrazione dell’acido.
Il processo Ostwald modificato, che si autoalimenta dal punto di vista energetico, consente quindi di produrre acido nitrico che viene utilizzato per le fasi successive del procedimento, determinando anche la produzione di un gas costituito essenzialmente da argon. L’acido nitrico prodotto in questa sezione à ̈ utilizzato in parte come fonte di nitrati per garantire la crescita aigaie nei fotobioreattori e in parte per la produzione di nitrato d’ammonio da utilizzare come fertilizzante per la coltivazione di specie vegetali edibili (ortaggi). A tal fine, il flusso di acido nitrico à ̈ suddiviso in due correnti denominate pi e p2 mediante opportuni connettori di tubazioni a “T". Facendo leva su connettori analoghi si procede poi alla ripartizione della corrente Î ̃2 di ammoniaca prodotta nella fase (p) del procedimento in due correnti denominate Î ̃2’ e Î ̃2†.
La fase (u) del presente procedimento prevede l’invio della corrente pi di acido nitrico unitamente alla corrente Î ̃2†all’interno di un reattore per la produzione di nitrato d’ammonio. L’almeno un reattore per la produzione di nitrato d’ammonio deve essere di tipo gas-liquido. Dall’operatività del reattore si può quindi produrre nitrato d’ammonio cristallino in forma di polvere bianca da utilizzare come fertilizzante.
Per quanto concerne il gruppo “biologico†del kit, l’almeno un reattore slurry deve essere preferibilmente agitato e dotato di rivestimento antiacido. Le dimensioni del reattore devono essere tali da garantire un tempo di residenza preferibilmente pari ad almeno a 24 ore. Lo slurry che fuoriesce dal reattore viene inviato alla fase (j’) di separazione del solido dal liquido. A tal fine il procedimento della presente invenzione prevede l’impiego di almeno una filtropressa per la separazione delle fasi liquida e solida dallo slurry.
Le unità per l’adsorbimento-desorbimento a temperature variabili sono del tutto analoghe, in termini di modalità operative e caratteristiche costruttive, a quelle utilizzate nella sezione chimico-fisica.
I fotobioreattori possono essere di diversi tipi, ma preferibilmente sono di tipo tubolare con tubi disposti a formare un elicoide con asse principale che si sviluppa in altezza, noti anche come BIOCOIL. I tubi possono essere preferibilmente realizzati in PET (polietilene tereftalato) in quanto devono essere trasparenti alla radiazione fotosinteticamente attiva. I tubi per la captazione della luce hanno preferibilmente un diametro inferiore a 0,2 m. Il fotobioreattore opera preferibilmente in modalità fed batch, a ricircolo totale.
Vantaggiosamente, per evitare l’inibizione e il danneggiamento delle cellule algali, il livello di ossigeno à ̈ preferibilmente inferiore a valori pari al 400% dei
TI
corrispondenti valori di saturazione nell’acqua. Poiché l’ossigeno, prodotto dalla fotosintesi, non può essere rimosso dal fotobioreattore, la coltura aigaie vantaggiosamente à ̈ periodicamente inviata ad un sistema di degasaggio che ha funzione di rimuovere l’ossigeno presente nella coltura.
L’ossigeno estratto in questa maniera può essere poi inviato alle sezioni ECLSS di rivitalizzazione dell’aria all’interno delle cabine abitate dai membri dell’equipaggio. Convenienti punti di iniezione di C02ed acido nitrico sono previsti lungo il fotobioreattore al fine di prevenire vantaggiosamente inibizioni da limitazione di anidride carbonica e incrementi troppo elevati del pH nel mezzo di coltura.
La fornitura del flusso luminoso necessario a garantire la fotosintesi clorofilliana può avvenire esponendo direttamente il fotobioreattore alla radiazione solare incidente su Marte o attraverso sistemi di concentrazione e trasporto con fibre ottiche che consentono di convogliare il flusso luminoso incidente all’interno della cupola in cui sono alloggiati i fotobioreattori.
Secondo le modalità operative fed batch del fotobioreattore si prevede il prelievo a cadenza giornaliera di un opportuna aliquota di slurry biologico dal fotobioreattore e la sua sostituzione con opportune quantità di brodo di coltura fresco ottenuto come indicato nella fase operativa (j’). La quantità di slurry biologico che viene prelevata giornalmente à ̈ inviata quindi ad una fase di separazione solido-liquido. Preferibilmente, l’unità di separazione della biomassa aigaie dal brodo di coltura à ̈ effettuata mediante almeno una centrifuga.
La biomassa aigaie prodotta può essere ulteriormente disidratata all’interno di opportuni forni a microonde per essere poi utilizzata a fini alimentari dagli astronauti.
Il brodo di coltura uscente dalla centrifuga possedendo ancora concentrazioni residue di nutrienti (anche base di azoto) può esser utilizzato come fluido per l’irrigazione di un suolo marziano già fertilizzato per la coltivazione di specie vegetali edibili (ortaggi) in serre marziane.
Si riporta di seguito un Esempio di realizzazione della presente invenzione fornito a titolo illustrativo e non limitativo.
ESEMPIO
Schema di realizzazione e funzionamento dell’impianto per l’ottenimento di prodotti utili al sostentamento di missioni spaziali sul suolo marziano, mediante l’utilizzo di risorse reperibili in situ.
È stato preliminarmente preso in considerazione il benessere fisiologico dei membri dell’equipaggio in esplorazione del pianeta marziano che può essere garantito attraverso i quantitativi minimi di acqua, ossigeno e cibo riportati in Tabella 1.
Tabella 1
Composto Quantità minime richieste kg/giorno/astronauta Ossigeno 0,84
Cibo (disidratato) 0,62
Acqua (potabile) 3,91
Acqua (scopi igienici) 25,58
Nel presente esempio, à ̈ stato progettato un impianto con le apparecchiature ed i materiali del kit dell’invenzione per l’implementazione del procedimento per l’ottenimento di prodotti utili al sostentamento di missioni umane sul suolo marziano mediante l’utilizzo di risorse reperibili in situ e sono stati calcolati i parametri per il funzionamento dello stesso in accordo con il procedimento secondo l'invenzione.
Dimensionamento impianto sezione chimico-fisica
Per quanto concerne la sezione chimico fisica si à ̈ considerato di inviare una portata massica (a) di circa 121.547 kg/h di atmosfera marziana alla sezione di disidratazione secondo il processo WAVAR descritto alla fase (h) del procedimento. All’uscita da tale unità si ha la produzione di una portata massica di acqua (β) pari a circa 0.02297 kg/h e una portata di atmosfera marziana disidratata (γ) pari a 121.5442 kg/h. Tutti i flussi citati si intendono alla pressione di 8 mbar e temperatura di 210 K. Nella Tabella 2 sono riportate le caratteristiche dimensionali salienti dell’unità al fine della pianificazione della missione marziana.
Tabella 2
Unità impiantistica Unità di misura Valore
Nome unità WAVAR N° unità 1
Payload kg 21,71
Consumi Energetici kW 0,196
Ingombro superficiale m<2>1,927
Ingombro volumetrico m<3>1,927
Altezza (max) m 1
Operatività ore/giorno 12
Funzionamento Continuo
La portata (γ) di atmosfera marziana disidratata à ̈ quindi inviata all’unità TSA per la
separazione e pressurizzazione della CO2 come indicato nella fase (o). All’uscita
di tale unità si ottiene una portata (Î ́) di CO2 pura alla pressione 0,8 bar e
temperatura di 450 K pari a circa 117.225 kg/h. Contestualmente si ha la
separazione di un secondo flusso gassoso (η) alla pressione di 8 mbar e
temperature di 210 K costituito essenzialmente da N2 e Ar e quantificabile in 4,318
kg/h. Al fine di garantire tali prestazioni sono impiegate almeno 11 unità TSA
aventi le caratteristiche riportate in Tabella 3.
Tabella 3
Caratteristica unità Valore Unità di misura Tipo zeolite 13X
Volume di zeolite necessaria 2.08 m<3>Lunghezza del letto di zeolite 2.99 m Diametro 0.83 m Rapporto L/D 3.6
Altezza dell’unità 1.64 m Superficie radiante per scambio termico 67.44 m Perdite di carico 4 torr/gCo2/sec Area dei filtro per evitare polveri 0.16 m<2>Potenza totale per singolo letto 9094.91 W Payload singola unità 2517.77 kg
Nell’insieme le 11 unità pertanto richiederanno una disponibilità di spazi e di
energia pari a quelle indicate nella Tabella 4.
Tabella 4
Unità impiantistica Unità di misura Valore
Nome unità TSA
N° unità o 11
Payload kg 27695.55
Consumi Energetici kW 100.044
Ingombro superficiale m<2>741.8451
Ingombro volumetrico m<3>1218.61
Altezza (max) m 1.642675 Operatività ore/giorno 25 Funzionamento Ciclico continuo 12 ore adsorbimento / 13 ore desorbimento
La portata pressurizzata di C02pura (5) à ̈ quindi inviata all’elettrolizzatore operante all’interno della cupola geodetica secondo quanto indicato alla fase (n) del procedimento. L’unità produce una portata di ossigeno puro (ω) pari a 38.36 kg/h e una portata (e) di una miscela gassosa al 50%v/v di CO e 50% v/v di C02pari a 78.86 kg/h.
Il flusso della miscela gassosa suddetta può essere stoccato in opportuni serbatoi per poi essere utilizzato come propellente per operazioni extra-veicolari da eseguirsi durante la missione. Il flusso di 02prodotto invece à ̈ inviato ai sistemi ECLSS per le operazioni di rivitalizzazione dell’aria negli ambienti abitati dai membri dell’equipaggio.
In particolare si osservi che la portata massica di ossigeno prodotta à ̈ pari a 460 kg/giorno di 02che consente di soddisfare il fabbisogno di un numero particolarmente elevato di membri dell’equipaggio tenuto conto del corrispondente valore riportato in Tabella 1. In alternativa l’ossigeno in surplus può essere utilizzato come comburente da miscelare con opportuni propellenti che alimentano eventuali motori a combustione impiegati nelle attività extra-veicolari. Con riferimento alla durata di una generica missione, un ulteriore alternativa possibile à ̈ quella di utilizzare la C02prodotta dall’unità TSA solo durante una frazione limitata della missione stessa per la pressurizzazione delle cupole. Per produrre l’ossigeno dalla C02à ̈ utilizzato un elettrolizzatore all’interno del quale sono disposte le “pile†che si ottengono dall’accoppiamento di più “stacks" ciascuno dei quali à ̈ ottenuto accoppiando più “celle elettrolitiche†(o “wafer†). Nel presente esempio, l'unità di elettrolisi della C02à ̈ costituita da almeno 4 “stack†di 10 celle elettrolitiche ciascuna delle quali avente dimensioni 100x100x1 cm per un altezza totale dello stack pari a 10 cm. La tensione applicata ad ogni singola cella à ̈ di 1.7 V mentre la densità di corrente risulta pari a 0.4 A/cm<2>. Le caratteristiche di questa unità sono riportate nella Tabella 5.
Tabella 5
Unità impiantistica Unità di misura Valore Nome unità Elettrolizzatore C02(YSZ) N° unità 1
N° pile per unità 4
N° stack per pila 1
N° wafer per stack 10 Payload kg 28706,15 Consumi Energetici kW 280,94 Ingombro superficiale m<2>4,84 Ingombro volumetrico m<3>0,96 Altezza (max) m 0,20 Operatività ore/giorno 12 Funzionamento Continuo
La portata massica di regolith (v) da inviare al riscaldamento con microonde à ̈ di 385.04 kg/h. L’operatività di questa sezione consentirebbe la produzione di una portata d’acqua (Ï€) pari a circa 7.7 kg/h e la contestuale produzione di un flusso solido disidratato (Ï„) di regolith pari a 377.34 kg/h. Per il calcolo del numero di unità a microonde MPO necessarie ad ottenere le prestazioni suddette à ̈ necessario tener conto del fatto che la singola unità possiede le caratteristiche mostrate in Tabella 6.
Tabella 6
Caratteristica singola unità MPO Valore Unità di misura Portata di regolith trattata 10 kg/h Portata d'acqua estratta 0.2 kg/h Temperatura dell'acqua in uscita 500 °C Payload 20 kg Consumo energetico 2,4 kW Ingombro superficiale 0.07 m2 Altezza 0.25 m Ingombro volumetrico 0.02 m3
Il trattamento delle quantità di regolith necessarie richiede pertanto, in questo caso, l’utilizzo di circa 39 unità MPO che determinano i consumi energetici e gli ingombri riportati nella Tabella 7.
Tabella 7
Unità impiantistica Unità di misura Valore Nome unità MPO
N° unità 39 Payload kg 780 Consumi Energetici kW 93,6 Ingombro superficiale m<2>2,691 Ingombro volumetrico m<3>0,67275 Altezza (max) m 0,25 Operatività ore/giorno 12 Funzionamento Continuo
L’acqua estratta (π) viene suddivisa in tre correnti denominate πι, π2e π3, come riportato in Tabella 8.
Tabella 8
Unità di Portata IN Portata OUT Portata OUT Portata OUT misura corrente π corrente πι corrente π2corrente π3Kg/hr 7,701 3,785 0,065 3,850
In particolare, la corrente Ï€3à ̈ inviata ai sistemi ECLSS per produrre l’acqua potabile necessaria ai membri dell’equipaggio. Si osservi che la portata massica di acqua ad uso potabile prodotta consente di soddisfare il fabbisogno di 12 membri dell’equipaggio tenuto conto del corrispondente valore riportato in Tabella 1.
La corrente πΠà ̈ inviata all’elettrolizzatore dell’acqua per produrre idrogeno e ossigeno secondo quanto indicato alla fase (I) del procedimento. Dall’operatività di questa unità si ottiene una portata (o) di ossigeno di 3.36 kg/h e una portata di idrogeno (K) pari a circa 0.42 kg/h. Per ottenere tali prestazioni l'unità di elettrolisi deve essere costituita da un solo stack costituito da 5 celle elettrolitiche, ciascuna delle quali formata dall’assemblato elettrodi-membrana (NAFION) dello spessore di 1 cm. La superficie di ogni cella elettrolitica quadrata à ̈ pari a 0.22 m<2>. La distanza tra le celle à ̈ di 1 cm. La tensione applicata ad ogni singola piastra à ̈ di 1.4 V mentre la densità di corrente risulta pari a 1 A/cm<2>. La potenza richiesta, per ogni kg di H20 alimentata, risulta pari a 4.17 kW mentre il “payload†risulta di 11.2 kg. Nella Tabella 9 sono riportate tutte le caratteristiche dell’unità utili alla pianificazione della missione e all’ottenimento delle prestazioni sopra specificate.
Tabella 9
Unità impiantistica Unità di misura Valore
Nome unità Elettrolizzatore H20 (WE) N° unità 1
N° pile per unità 1
N° stack per pila 1
N° wafer per stack 5
Payload kg 42,40 Consumi Energetici kW 15,78 Ingombro superficiale m<2>0,22 Ingombro volumetrico m<3>0,026
Altezza (max) m 0,09 Operatività ore/giorno 12 Funzionamento Continuo
Dal funzionamento del reattore di elettrosintesi dell’ammoniaca si ha la produzione di un flusso gassoso (Î ̃) di NH3quantificabile in 2,145 kg/h e una portata di Ar (λ), che si comporta da inerte durante il processo reattivo, pari a 1,65 kg/h. Poiché l'efficienza della reazione di elettrosintesi à ̈ pari al 90% si ha in uscita da questa unità anche un flusso di N2e H2non reagiti. Il primo indicato con (m) à ̈ quantificabile in 0.196 kg/h mentre il secondo, indicato con (Î1⁄42) à ̈ quantificabile in 0.042 kg/h.
Al fine di ottenere queste prestazioni il reattore di elettrosintesi deve essere costituito, in questo caso, da 146 stack costituiti da circa 10 celle elettrolitiche (o wafer), disposti su 15 pile da 10 stack ciascuna. Ciascuna cella elettrolitica ha dimensioni 100 x 100x 1 cm. La distanza inter-stack à ̈ di 1 cm mentre quella tra una pila di dieci stack e l’altra à ̈ pari a 10 cm. La tensione applicata ad ogni singola cella à ̈ di 0.8 V mentre la densità di corrente risulta pari a 0.00232 A/cm<2>. La potenza richiesta per produrre 2.15 kg di NH3à ̈ di 8.15 kW mentre il payload risulta di 16525 kg. Sulla base di questi dati à ̈ stato possibile calcolare ingombri e consumi energetici del reattore di elettrosintesi (cfr. Tabella 10).
Tabella 10
Unità impiantistica Unità di misura Valore
Nome unità Elettrosintetizzatore NH3N° unità 1
N° pile per unità 15
N° stack per pila 10
N° wafer per stack 10
Payload kg 16525,49 Consumi Energetici kW 8,1362745 Ingombro superficiale m<2>19,36 Ingombro volumetrie m<3>38,72
Altezza (max) m 2 Operatività ore/giorno 12 Funzionamento Continuo
L’ammoniaca prodotta (Î ̃) viene suddivisa in due correnti denominate 0i e Î ̧2, come da Tabella 11.
Tabella 11
Unità di Portata IN Portata OUT Portata OUT misura corrente 0 corrente 0i corrente 02Kg/hr 2,145 0,092 2,05
Contemporaneamente anche la portata di ossigeno (o) prodotta dall’elettrolisi dell’acqua à ̈ suddivisa in due portate, rispettivamente oi e o2, il cui valore à ̈ specificato in Tabella 12.
Tabella 12
Unità di Portata IN Portata OUT Portata OUT misura corrente o corrente oi corrente o2Kg/hr 3,365 3,122 0,024
La portata di ossigeno (oi) à ̈ inviata ai sistemi ECLSS per la rivitalizzazione deH’aria. La portata di ossigeno (o2) à ̈ invece inviata, unitamente alla portata di argon (λ), di ammoniaca (01) e d’acqua (Ï€2), all’unità per la produzione di acido nitrico.
Da quest’ultima si produce una portata (p) di acido nitrico pari a 0,3225 kg/h e una portata di gas di scarico (σ) costituito principalmente da argon e quantificabile in 1,735 kg/h. I consumi energetici e gli ingombri di questa unità sono riportati in Tabella 13.
Tabella 13
Unità impiantistica Unità di misura Valore
Nome unità Unità produzione HN03N° unità 1
Payload kg 27,25801 Consumi Energetici kW 0,0464515 Ingombro superficiale m<2>0,725805 Ingombro volumetrico m<3>0,725805 Altezza (max) m 1 Operatività ore/giorno 12 Funzionamento Continuo
La corrente (Î ̧2) di ammoniaca à ̈ ulteriormente suddivisa in due correnti denominate rispettivamente Î ̧2’ e Î ̧2†, come da Tabella 14.
Tabella 14
Unità di Portata IN Portata OUT Portata OUT misura corrente 02corrente 02’ corrente Î ̧2†Kg/hr 2,053 2,0 0,053
Contemporaneamente la corrente (p) di acido nitrico à ̈ suddiviso nelle correnti pi e p2lcome da Tabella 15.
Tabella 15
Unità di Portata IN Portata OUT Portata OUT misura corrente p corrente pi corrente p2Kg/hr 0,322 0,197 0,125
Mentre la portata di ammoniaca (Î ̧2) à ̈ stoccata in opportuni serbatoi per essere poi destinata all’uso come propellente o come fertilizzante nella sezione biologica, la portata di acido nitrico (p2) à ̈ inviata alla sezione biologica per essere utilizzata come fonte di nitrati per i fotobioreattori. Invece, le portate di ammoniaca (Î ̧2†) e quella di acido nitrico (pi) sono inviate al reattore di assorbimento-neutralizzazione dove avviene la produzione del nitrato d’ammonio (NH4N03) da utilizzare come fertilizzante nelle serre marziane o nelle coltivazioni idroponiche, con portate pari a 0,25 kg/h. Le caratteristiche salienti del reattore di neutralizzazione-assorbimento sono riportate in Tabella 16.
Tabella 16
Unità impiantistica Unità di misura Valore Nome unità NR (Neutralization Reactor) N° unità o stack 1 Payload kg 10 Consumi Energetici kW 0,0062 Ingombro superficiale m<2>0,0314 Ingombro volumetrico m<3>0,0062 Altezza (max) m 0,2 Operatività ore/giorno 12 Funzionamento Continuo
Considerando tutti gli ingombri superficiali e volumetrici e tenendo conto dei consumi energetici fino ad ora definiti per ciascuna unità , à ̈ possibile dedurre un prospetto riassuntivo per quanto concerne la sezione chimico fisica, come da Tabella 17.
Tabella 17
Unità impiantistica Totale
Payload (kg) 73808,57
Consumi (kW) 498,76
Ingombro sup (m<2>) 771,64
Ingombro voi (m<3>) 1261,65
Altezza (m) 2*
Operatività (ore/giorno) 12**
(†̃valore massimo perché utile al dimensionamento delle cupole, “valore medio indicativo della operatività dell'impianto)
Il volume della cupola geodetica che ospiterà le unità operanti “indoor" della sezione chimico-fisica risulta pari a 41,12 m<3>con una superficie minima da occupare di 28 m<2>ed una altezza massima pari a 2 m. La cupola che ospita le unità chimico fisiche operanti “indoor†à ̈ stata sovradimensionata rispetto a questi ultimi ingombri per garantire gli opportuni spazi di manovra e pertanto avrà un raggio dì 4.4 m, volume di 174 m<3>, una superfice laterale di 120 m<2>e una superfice a terra di 60 m<2>. Il peso complessivo dell’intelaiatura comprensiva dei giunti di 86 kg mentre il telo di ETFE, della superfice di 120 m<2>, ha un payload di 24 kg. Per quanto concerne la pressurizzazione e il riscaldamento della cupola si tenga conto del fatto che le condizioni termo-bariche minime da garantire al suo interno sono T>283 K e P≥ 0.8 bar al fine di garantire condizioni operative per cui lo stato di aggregazione della materia delle varie correnti sia analogo a quello che si avrebbe sulla Terra. Ipotizzando di pressurizzare la cupola con CO2, la massa in kg di CO2 da insufflare al suo interno à ̈ pari a 263,75 kg. Riferendosi allo schema in Figura 1 (linea tratteggiata) e ai dati precedentemente riportati à ̈ possibile notare che l’unità TSA produce una portata (5) di circa 117,22 kg/h di CO2 pressurizzata a 0,8 bar che à ̈ possibile insufflare all'interno della cupola per un certo lasso di tempo, by passando l’elettrolizzatore, al fine di pressurizzare la cupola stessa. Il tempo per cui à ̈ necessario effettuare questo by-pass à ̈ pari al rapporto tra la massa di C02da inserire nella cupola e la portata massica insufflata ossia 2,25 h. Per il riscaldamento della cupola alla temperatura desiderata à ̈ sufficiente invece fornire una potenza dì 38 kW elettrici da convertire in energia termica. Sommando tale potenza a quella globale richiesta dalla sezione chimico-fisica, i consumi energetici risultanti possono essere garantiti attraverso l'impianto fotovoltaico le cui caratteristiche sono riportate in Tabella 18.
Tabella 18
Parametro Valore Unità di misura Costante solare sulla superficie di Marte (cielo pulito) 303 W/m<2>Efficienza di conversione delfim pianto fotovoltaico 11 % Produzione energia elettrica specifica 33,33 W/m<2>Superficie del singolo array di pannelli fotovoltaici 40 m<2>Potenza di picco per singolo array 1333,2 W Potenza di picco totale da garantire 536765,8 W Superficie totale da destinare all'impianto fotovoltaico 16104,58 m<2>Numero totale di arrays da utilizzare 402
È necessario pertanto dedicare una superficie di circa 1,6 ha all’impianto fotovoltaico che alimenta la sezione chimico fisica.
Dimensionamento impianto sezione biologica
Per quanto concerne la sezione biologica, con riferimento alla Figura 2, si à ̈ previsto di inviare un portata solida (Î1⁄2') pari a circa 5008 kg/h di regolith marziana alla sezione di estrazione dell’acqua con riscaldamento a microonde secondo quanto indicato alla fase (f). Dall’operatività dell’unita MPO si ottiene quindi una portata d’acqua (Ï€') pari a 100,174 kg/h e una portata di regolith disidratata (Ï„') pari a 4908,5 kg/h. Per il calcolo del numero di unità a microonde MPO necessarie ad ottenere le prestazioni suddette sono state considerate le caratteristiche delle singole unità già descritte in Tabella 6 per la sezione chimico-fisica. Per ottenere quindi le prestazioni sopra riportate si richiede l'utilizzo di circa 500 unità MPO che determinano i consumi energetici e gli ingombri riportati nella Tabella 19.
Tabella 19
Unità impiantistica Unità di misura Valore
Nome unità MPO (T)
N° unità 0 stack 500,87
Payload kg 10017,4
Consumi Energetici kW 1202,08
Ingombro superficiale m<2>34,56
Ingombro volumetrico m<3>8,64
Altezza (max) m 0,25
Operatività ore/giorno 12 Funzionamento Continuo
La portata d’acqua (Ï€ ) à ̈ poi inviata alla miscelazione con acido nitrico al fine di ottenere una soluzione acquosa lisciviante avente una concentrazione di HN03pari a circa 1 mg/L. Tale miscelazione può avvenire in linea senza necessità di alcuna unità impiantistica dedicata e richiede l'immissione di una portata (p’O pari a circa 0,1 g/h di HNO3 proveniente dalla sezione chimico-fisica per produrre una portata (ψ') di soluzione lisciviante pari a circa 100,174 kg/h. Contemporaneamente la portata (Ï„ ) di regolith disidratata à ̈ opportunamente ripartita come mostrato in Tabella 20.
Tabella 20
Unità di Portata IN Portata OUT Portata OUT misura corrente τ’ corrente τ'ι corrente τ\ kg/hr 4908,5 20,0 4885,5
La portata massica Ï„'ι à ̈ inviata unitamente alla portata di soluzione lisciviante (ψ') all’interno del reattore slurry per l'estrazione in fase liquida dei nutrienti presenti nella regolith attraverso processi di lisciviazione secondo quanto previsto alla fase (i’). Dal reattore, le cui caratteristiche sono riportate in Tabella 21, si ottiene una portata (σ') di slurry (fango) al 20% di solido pari a 120, 2 kg/h.
Tabella 21
Unità impiantistica Unità di misura Valore Nome unità Reattore Slurry N° unità 1 Payload kg 334,8 Consumi Energetici kW 2,64 Ingombro superficiale m<2>1,76 Ingombro volumetrico m<3>3,01 Altezza (max) m 1,52 Operatività ore/giorno 24 Funzionamento Continuo
La portata (σ') di slurry à ̈ quindi inviata alla separazione solido-liquido mediante
filtro a piatti. Dall’operatività di questa unità si ha la produzione di una portata
massica solida di regolith lisciviata (λ') quantificabile in 20 kg/h e una soluzione
ricca in nutrienti (Î1⁄4ι') utilizzabile come substrato per la coltivazione aigaie (previa
fornitura di C02e nitrati). Le caratteristiche di ingombro e consumo energetico
della filtropressa sono riportate in Tabella 22,
Tabella 22
Unità impiantistica Unità di misura Valore
Nome unità Filtropressa
N° unità 0 stack 1
Payload kg 86
Consumi Energetici kW 0,75
Ingombro superficiale m<2>0,2556
Ingombro volumetrico m<3>0,184032
Altezza (max) m 0,72
Operatività ore/giorno 12 Funzionamento Continuo con cicli lavaggio cake
Contemporaneamente alle operazioni finora citate si effettua la separazione e
pressurizzazione della CO2 marziana. A tal fine una portata (a’) di atmosfera
marziana quantificabile in 0,74 kg/h à ̈ inviata all’unità TSA per la separazione e
pressurizzazione della C02come indicato nella fase operativa (k’). All’uscita di tale
unità si ottiene una portata (Î ́') di C02pura alla pressione 0,8 bar e temperatura di
450 K pari a 0,71 kg/h. Contestualmente dall’unità TSA si ha la separazione di un
secondo flusso gassoso (η') alla pressione di 8 mbar e temperature di 210 K
costituito essenzialmente da N2e Ar e quantificabile in 0,03 kg/h. Le caratteristiche
delle unità TSA sono riportate in Tabella 23.
Tabella 23
Caratteristica unità Valore Unità di misura Tipo zeolite 13X
Volume di zeolite necessaria 0,046 m<3>Lunghezza del letto di zeolite 0,914 m Diametro 0,254 m Rapporto L/D 3,6
Altezza dell’unità 0,5 m Superficie radiante per scambio termico 1,5 m<2>Perdite di carico 8 torr/gc02/sec Area del filtro polveri 0,16 m<2>Potenza totale per singolo letto 202 W Payload singola unità 56 _ kg
Gli ingombri e l’energia necessaria all’ottenimento di CO2 pressurizzata sono riportati in Tabella 24.
Tabella 24
Unità impiantistica Unità di misura Valore Nome unità TSA (5') N° unità 0 stack 3 Payload kg 168 Consumi Energetici kW 0,61 Ingombro superficiale m<2>4,50 Ingombro volumetrico m<3>2,25 Altezza (max) m 0,50 Operatività ore/giorno 12 Funzionamento Continua
Secondo quanto indicato nella fase operativa (η'), la portata (Î ́') di C02pressurizzata à ̈ inviata, unitamente alla portata (pO di soluzione nutriente e quella (p’a) di acido nitrico, all’interno di un fotobioreattore di tipo BIOCOIL dove à ̈ stato in precedenza inoculato il ceppo aigaie desiderato.
Per dimensionare il fotobioreattore e calcolare le portate di acido nitrico da utilizzare nonché le quantità di biomassa aigaie e ossigeno prodotte dalla fotosintesi si à ̈ anche proceduto all’esecuzione di una specifica attività sperimentale in modalità fed-batch con C02al 100% in volume fornita in continuo che ha consentito di rilevare nell’arco di 5 mesi le concentrazioni di biomassa riportate in Figura 3 in funzione del tempo di coltura.
Le prove sperimentali, condotte utilizzando una corrente gassosa molto simile in termini di composizione a quella ottenibile su Marte, e sfruttando un flusso luminoso capace, anch’esso, di simulare le condizioni marziane, hanno mostrato che à ̈ possibile ottenere biomassa aigaie da destinare ad uso alimentare anche per tempi comparabili con quelli di una missione umana.
Pertanto le caratteristiche operative del fotobioreattore da realizzare sul suolo marziano sono riportate in Tabella 25.
Tabella 25
Parametro Valore Unità Produzione biomassa (Î3⁄4') 0,095 kg/h Consumo Nitrati 0,062 kg/h Consumo liquido 100,174 L/h Produzione Ossigeno 0,170 Kg/h C02consumata 0,178 Kg/h
Il sistema garantirebbe una produttività giornaliera di circa 2,4 kg/giorno di biomassa secca edibile sufficiente a soddisfare il fabbisogno alimentare di tre membri dell'equipaggio (cfr. Tabella 1). Contestualmente si avrà la produzione di una portata (ω') di ossigeno fotosintetico pari a 0,17 kg/h da utilizzare per la rivitalizzazione deH’aria nei sistemi ECLSS. Per ottenere le prestazioni suddette saranno necessari due fotobioreattori aventi le caratteristiche realizzative riportate in Tabella 26.
Tabella 26
Parametro Valore Unità Volume totale singolo coil 19.5 m<3>Lunghezza del coil 620,70 m
Raggio spire 5 m Circonferenza spira 31,415 m
N spire 19
Interspazio tra spire sovrapposte 0,05 m
altezza coil 2,85 m Superficie spira 78.5 m<2>Volume occupato 223,83 m<3>Diametro tubo 0,2 m
I relativi consumi energetici, 62 W, sono da attribuirsi essenzialmente all’utilizzo delle pompe che garantiscono la circolazione del fluido lungo il fotobioreattore. I dati di ingombro e consumo energetico per la sezione fotobioreattori sono riportati in Tabella 27.
Tabella 27
Unità impiantistica Unità di misura Valore Nome unità Fotobioreattore N° unità 2 Payload kg 500 Consumi Energetici kW 124,23 Ingombro superficiale m<2>157,08 Ingombro volumetrico m<3>447,68 Altezza (max) m 2,85 Operatività ore/giorno 12 Funzionamento continuo
La portata (χ') dello slurry biologico uscente dal fotobioreattore à ̈ quantificabile in circa 100,24 kg/h.
Per separare la biomassa aigaie dalla fase solida tale slurry à ̈ inviato ad una sezione di centrifugazione grazie alla quale sia ha l'ottenimento di una portata di liquido (Î ̧') pari a 100,15 kg/h e una portata di microalghe secche (Î3⁄4') pari a 0,095 kg/h. Gli ingombri e consumi energetici di questa unità sono riportati in sintesi nella Tabella 28.
Tabella 28
Unità impiantistica Unità di misura Valore
Nome unità Centrifuga N° unità o stack 1
Payload kg 450 Consumi Energetici kW 7,00
Ingombro superficiale m<2>1,13
Ingombro volumetrie m<3>2,12
Altezza (max) m 1,88 Operatività ore/giorno 12 Funzionamento continua
Considerando tutti gli ingombri superficiali e volumetrici e tenendo conto dei consumi energetici fino ad ora definiti per ciascuna unità , à ̈ possibile dedurre un prospetto riassuntivo per quanto concerne la sezione biologica (cfr. Tabella 29). Tabella 29
Unità impiantistica Totale
Payload (kg) 11056,2 Consumi (kW) 1213,21 Ingombro sup (m<2>) 199,29 Ingombro voi (m<3>) 463,89 Altezza (m) 2,85* Operatività (ore/giorno) 12**
(†̃valore massimo perché utile al dimensionamento delle cupole, “valore medio indicativo della operatività dell'impianto)
Per la progettazione delle cupole che ospiteranno le unità impiantistiche della sezione biologica si tiene conto dei seguenti aspetti:
• L’unità TSA opera outdoor e quindi i suoi ingombri non sono da computare; • I fotobioreattori che costituiscono la voce maggiormente incidente sull'ingombro totale saranno alloggiati in una cupola a se stante.
Tenuto conto degli spazi di manovra da garantire ed effettuando le considerazioni già riportate per la cupola progettata per la sezione chimico fisica in relazione al sovradimensionamento, le caratteristiche delle due cupole sono quelle di seguito riportate.
• Cupola per la sezione biologica (fotobioreattori esclusi)
Questa cupola ha un raggio di 4.9 m, volume 245 m<3>, una superfice laterale di 150 m<2>e una superfice a terra di 75 m<2>. Il peso complessivo dell’intelaiatura comprensiva dei giunti à ̈ di 88 kg. Il telo di ETFE, della superfice di 150 m<2>, pesa 30 kg per un payload totale di 118 kg. La massa di C02da insufflare per pressurizzare la cupola a 0.8 bar à ̈ quantificabile in 371 kg ottenibili dall’operatività del sistema TSA della sezione chimico fisica by-passando verso la cupola, l'elettrolizzatore della C02, per circa 3,17 ore. La potenza richiesta per condizionare l’interno della cupola e portare l’ambiente interno a temperature di circa 283 K à ̈ stimata in 44 kW.
• Cupola per i fotobioreattori
Questa cupola ha un raggio di 9.5 m, volume 1795 m<3>, una superfice laterale di 567 m<2>e una superfice a terra di 283 m<2>. Il peso complessivo dell’intelaiatura comprensiva dei giunti à ̈ di 187 kg. Il telo di ETFE, della superfice di 567 m<2>, pesa 113 kg per un payload totale di 300 kg. La massa di C02da insufflare per pressurizzare la cupola a 0.8 bar à ̈ quantificabile in 371 kg ottenibili dall’operatività del sistema TSA della sezione chimico fisica by-passando verso la cupola, l’elettrolizzatore della C02, per circa 153 ore. La potenza richiesta per condizionare l’interno della cupola e portare l’ambiente interno a temperature di circa 283 K à ̈ stimata in 320 kW.
L’impianto fotovoltaico asservito alla sezione biologica invece deve garantire l’operatività di tutte le unità e il surplus energetico per mantenere le cupole alla
temperatura di almeno 283 K.
Sommando le potenze necessarie a riscaldare le cupole a quelle richieste dalle
singole unità , i consumi energetici risultanti possono essere garantiti attraverso
l'impianto fotovoltaico le cui caratteristiche sono riportate in Tabella 30.
Tabella 30
Parametro Valore Unità di misura Costante solare sulla superficie di Marte (cielo pulito) 303 W/m<2>Efficienza di conversione dell'impianto fotovoltaico 11 % Produzione energia elettrica specifica 33,33 W/m<2>Superficie del singolo array di pannelli fotovoltaici 40 m<2>Potenza di picco per singolo array 1333,2 W Potenza di picco totale da garantire per sezione bio 1577209,0 W Superficie totale da destinare all'impianto fotovoltaico 47321,002 m<2>Numero totale di arrays da utilizzare 1183
È necessario pertanto utilizzare 1183 arrays di pannelli fotovoltaici occupando
circa 4,7 ha di suolo marziano per il sostentamento energetico della sezione
biologica.
L’esempio sopra descritto può essere riassunto considerando la globalità dei
prodotti ottenuti in entrambe le sezioni chimico-fisica e biologica come riportato in
Tabella 31.
Tabella 31
Materiale prodotto Unità Valore Utilizzo
Ossigeno kg/h 41,66 Rivitalizzazione aria e/o comburente
Acqua kg/h 3,85 Idropotabile e/o igienica
Ammoniaca kg/h 2,00 Propellente e/o fertilizzante
Miscela CO C02 kg/h 78,86 Propellente
Acido nitrico kg/h 0,13 Fertilizzante e/o lisciviante
Nitrato d'ammonio kg/h 0,25 Fertilizzante
Idrogeno (Î1⁄42) kg/h 0,04 Propellente o produzione acqua
Buffer gas kg/h 0,03 Rivitalizzazione aria e/o strumenti analisi Liquido con nutrienti kg/h 100,00 Irrigazione colture vegetali e/o produzione acqua Biomassa edibile kg/h 0,09 Alimentazione astronauti
Regolith disidratata kg/h 4888,49 Fabbricazione elementi strutturali
Energia MW 2,11 Sostentamento energetico dell'impianto ISRU Analogamente à ̈ possibile riassumere il payload totale della missione come riportato in Tabella 32.
Tabella 32
Elemento Unità Valore
Cupola sezione chimico fisica kg 86
Cupola sezione biologica (esclusi fotobioreattori) kg 118
Cupola fotobioreattori kg 300
Unità impiantistiche sezione chimico fisica kg 73809
Unità impiantistiche sezione biologica kg 11056
Totale _ kS _ 85369
Dalla descrizione dettagliata e dall’Esempio sopra riportato, risultano evidenti i vantaggi conseguiti mediante il kit ed il procedimento della presente invenzione. In particolare, tale kit consente di implementare il procedimento dell’invenzione mettendo a disposizione tutti i materiali e le apparecchiature che troveranno applicazione sul suolo marziano per l’ottenimento di prodotti quali acqua, ossigeno, propellenti, fertilizzanti, biomassa edibile e cibo vegetale a partire esclusivamente da risorse Marziane e rendendo pertanto le missioni pienamente in grado di autosostenersi una volta che tale procedimento à ̈ integrato con opportuni sistemi ECLSS.
Claims (8)
- RIVENDICAZIONI 1. Procedimento per la produzione di ossigeno, acqua, monossido di carbonio, ammoniaca, fertilizzanti azotati e biomassa edibile sul suolo marziano mediante utilizzo di risorse reperibili in situ, detto procedimento comprendendo due sezioni, ossia una sezione chimico-fisica per la produzione di ossigeno, acqua, monossido di carbonio, ammoniaca, e fertilizzanti a base di azoto, ed una sezione biologica per la produzione di biomassa edibile, detta sezione chimico fisica comprendendo le fasi di: a) montare sul suolo marziano almeno una cupola geodetica per l’alloggiamento di unità impiantistiche operanti indoor; b) montare outdoor pannelli fotovoltaici per la produzione di energia necessaria al riscaldamento all’interno dell’almeno una cupola ed all’alimentazione di dette unità impiantistiche; c) montare outdoor una unità di adsorbimento a temperatura variabile (Temperature Swing Adsorber o TSA) ed un deumidificatore in stato solido (WAter Vapor Adsorption Reactor o WAVAR); d) insufflare CO2 marziana pressurizzata dentro detta almeno una cupola, mediante TSA, fino al raggiungimento di pressioni interne non inferiori a 0,8 bar; e) riscaldare l’interno della almeno una cupola fino al raggiungimento di temperature non inferiori a 10°C attraverso sistemi di riscaldamento alimentati da detti pannelli fotovoltaici; f) realizzare una struttura dì protezione meccanica delle apparecchiature operanti “outdoor†; g) disporre all’interno della cupola le unità impiantistiche per la produzione dei fertilizzanti; h) inviare il gas costituito dall’atmosfera marziana all’unità WAVAR, operante outdoor, per l’estrazione dell’acqua atmosferica; i) procedere all'escavazione e all’invio della regolith marziana ad un sistema indoor denominato MPO (Microwave Pizza Oven), per l’estrazione dell’acqua adsorbita e dell’acqua di idratazione dei minerali, mediante microonde; j) inviare l’acqua estratta dall’atmosfera marziana in un serbatoio di stoccaggio; k) ripartire l’acqua estratta dalla regolith in tre correnti denominate πΠ, Ï€2 e Ï€3; L) inviare la corrente d’acqua πΠad un elettrolizzatore operante indoor per produrre due correnti separate dì H2e 02; m) inviare l'atmosfera disidratata in uscita dall’unità WAVAR al sistema TSA di separazione e pressurizzazione della C02lbasato su cicli di adsorbimentodesorbimento a temperature variabili su materiali zeolitici, contestualmente producendo una seconda corrente gassosa costituita essenzialmente da N2e Ar; n) inviare la C02separata e pressurizzata ad un elettrolizzatore per la produzione di 02e di una corrente di gas costituito da una miscela di CO e C02da stoccare e utilizzare come propellente per le attività extraveicolari; o) inviare la seconda corrente separata dal TSA, costituita principalmente da N2e Ar, unitamente aH’H2prodotto dall’elettrolisi dell’acqua, verso un reattore che consente la produzione, per elettrosintesi, di ammoniaca in fase gas (NH3), contestualmente producendo un flusso di Ar che risulta inerte durante ii processo reattivo che porta alla produzione di NH3; p) ripartire la corrente di NH3prodotta in due correnti denominate Î ̃1 e Î ̃2; q) inviare il flusso di Ar uscente dalla sezione di elettrosintesi (0), unitamente alla corrente Î ̃1 di NH3(p), unitamente all’ossigeno, prodotto come indicato al punto (I), unitamente alla corrente Ï€2 d’acqua prodotta come al punto (k) ad una unità per la produzione di acido nitrico (HNO3) e di un gas di scarico costituito principalmente da Ar, operante sulla base del processo Ostwald; r) ripartire la corrente di HN03prodotto in due correnti denominate pi e p2; s) ripartire la corrente Î ̃2 di NH3prodotta come indicato al punto (p) in due ulteriori correnti Î ̃2’ e Î ̃2†. t) inviare la corrente Î ̃2’ ad un serbatoio di stoccaggio da cui attingere per utilizzare l’NH3come propellente per le attività extra veicolari o come fertilizzante in coltivazioni idroponiche; u) inviare la corrente pi di HN03unitamente alla corrente Î ̃2†di NH3, prodotta come al punto (s), in un reattore per l’assorbimento e la neutralizzazione che consente la produzione di nitrato d’ammonio (NH4NO3) da utilizzare come fertilizzante; e detta sezione biologica comprendendo le fasi di: a’) montare sul suolo marziano almeno una cupola geodetica per l’alloggiamento di unità impiantistiche operanti indoor; b’) montare outdoor pannelli fotovoltaici per la produzione di energia necessaria al riscaldamento all’interno dell’almeno una cupola ed all’alimentazione di dette unità impiantistiche; c’) montare outdoor una unità di adsorbimento a temperatura variabile (Temperature Swing Adsorber o TSA); d’) insufflare C02marziana pressurizzata dentro detta almeno una cupola, mediante TSA, fino al raggiungimento di pressioni interne non inferiori a 0,8 bar; e’) riscaldare l’interno della almeno una cupola fino al raggiungimento di temperature non inferiori a 10°C attraverso sistemi di riscaldamento alimentati da detti pannelli fotovoltaici; f) procedere all’escavazione e all’invio della regolith marziana ad un sistema indoor denominato MPO (Microwave Pizza Oven), per l’estrazione dell’acqua adsorbita e dell’acqua di idratazione dei minerali, mediante microonde; g’) miscelare l’acqua prodotta con opportuni quantitativi di acido nitrico prodotto nella sezione chimico fisica; h’) ripartire la regolith disidratata prodotta come indicato al punto (f) in due distinti flussi solidi denominati τι’ e Ï„2’; i’) inviare l’acqua miscelata con acido nitrico prodotta al punto (g’) unitamente al flusso solido TÌ’ di regolith in un reattore di lisciviazione per il trasferimento di micro- e macronutrienti dalla fase solida alla fase liquida; j’) inviare la miscela di solido e liquido (slurry) uscente dal reattore di lisciviazione ad un sistema di filtrazione per la separazione del solido, denominato "regolith lisciviata†, dal liquido arricchito in micro- e macronutrienti, denominato “brodo di coltura†; k’) inviare atmosfera marziana all’unità TSA per separare e pressurizzare la C02, mediante cicli di adsorbimento-desorbimento a temperature variabili su materiali zeolitici, contestualmente producendo una seconda corrente gassosa costituita essenzialmente da N2e Ar; Γ) stoccare detta seconda corrente gassosa di N2e Ar, prodotto come indicato al punto precedente, in opportuni serbatoi da cui potrà essere prelevato per essere utilizzato come buffer gas nelle apparecchiature di analisi impiegate durante le fasi di campionamento da eseguirsi a scopo scientifico durante la missione; m’) preparare l’inoculo di opportuni ceppi algali portati dalla Terra; n’) inviare il “brodo di coltura" prodotto come indicato al punto (j’), unitamente al flusso pressurizzato di CO2, prodotta come indicato al punto (k<1>), unitamente ad HN03lprodotto nella sezione chimico-fisica, ed all’inoculo prodotto come al punto (m’), in almeno un fotobioreattore da utilizzarsi per promuovere la crescita aigaie; o’) effettuare l’assorbimento in fase liquida della CO2 attraverso sistemi basati su pompe idropneumatiche (“airlift") che consentono un adeguato miscelamento dei componenti inviati nel fotobioreattore, nonché un’adeguata circolazione della miscela di alghe e brodo di coltura, denominata “slurry biologico†; p’) esporre l'almeno un fotobioreattore ad una sorgente di luce in grado di promuovere la fotosintesi, così ottenendo la formazione di nuova biomassa aigaie e ossigeno fotosintetico; q’) separare la biomassa aigaie dal brodo di coltura mediante centrifugazione e l’ossigeno mediante degasaggio; r’) stoccare l'ossigeno da inviare alle sezioni ECLSS (Environmental Control and Life Support System) in un serbatoio a tenuta e in pressione e disidratare ulteriormente la biomassa aigaie al fine del suo utilizzo come alimento o integratore alimentare; s’) trasferire il brodo di coltura esausto prodotto al punto q’), unitamente al nitrato d’ammonio (NH4NO3) prodotto nella sezione chimico fisica, alla regolith lisciviata, prodotta come indicato al punto (j<1>), ad opportuni quantitativi di acidi umici e fulvici portati dalla Terra, ed a scarti metabolici umani, nelle cupole dove sono coltivate piantagioni a scopo alimentare.
- 2. Il procedimento di rivendicazione 1, in cui nella fase (g’), acqua e acido nitrico sono in rapporto 1 :5.
- 3. Il procedimento di rivendicazione 1 o 2, in cui nella fase (i’), il tempo di contatto tra fase liquida e fase solida à ̈ di circa 24 ore.
- 4. Il procedimento di una qualsiasi delle rivendicazioni 1-3, in cui nella fase (Ï '), detta sorgente di luce à ̈ radiazione solare incidente sul suolo marziano oppure un sistema di concentratori solari e fibre ottiche.
- 5. Il procedimento di una qualsiasi delle rivendicazioni 1-4, in cui la fase (s’) comprende le seguenti sotto-fasi: s’1) ricreare all'interno della cupola da adibire a serra marziana, le condizioni di temperatura e pressione compatibili con la crescita delle specie vegetali desiderate; s’2) inviare la regolith lisciviata prodotta come indicato al punto (j’) alla cupola avente funzione di serra; s'3) miscelare la regolith della sotto-fase (s’2) con il nitrato d’ammonio (NH4NO3) prodotto nella fase (u) della sezione chimico fisica per garantire l’opportuno apporto di nutrienti a base di azoto nella regolith; s’4) miscelare la regolith ed il nitrato d’ammonio con opportune quantità di acidi umici e fulvici; s’5) miscelare con la regolith opportune quantità di scarti organici provenienti dalle abitazioni degli astronauti per aumentare il contenuto di sostanza organica del suolo; s’6) procedere alla semina delle specie vegetali di interesse; s’7) irrigare la coltivazione mediante la soluzione esausta proveniente dalle centrifughe; e s’8) fornire il flusso luminoso necessario alla fotosintesi.
- 6. Kit di materiali ed apparecchiature per l’implementazione del procedimento di rivendicazione 1, comprendente un gruppo di parti “chimico fisico†ed un gruppo di parti “biologico†, detto gruppo “chimico fisico†comprendendo: - almeno una cupola geodetica per l’alloggiamento delle diverse unità impiantistiche utilizzate nella sezione chimico fisica del procedimento sopra riportato; - almeno un pannello fotovoltaico per produrre l’energia utile al riscaldamento della atmosfera interna alla almeno una cupola e quella necessaria all’operatività delle unità impiantistiche di seguito specificate; - almeno una unità TSA costituita da almeno un letto adsorbente di zeolite e almeno un radiatore avente funzione di garantire lo scambio termico con l’ambiente naturale marziano per consentire l’esecuzione di cicli di adsorbimento-desorbimento a temperatura variabile, per separare la C02dagli altri gas costituenti l’atmosfera marziana (principalmente N2e Ar), e pressurizzare la stessa C02separata, nonché insufflare e mettere in pressione la medesima C02all’interno della almeno una cupola; - almeno una unità WAVAR basata sull'utilizzo di zeoliti e processi di adsorbimento, seguiti da desorbimento con microonde, per l’estrazione dell’acqua presente nell’atmosfera marziana; - almeno un serbatoio per lo stoccaggio dell’acqua estratta dall’atmosfera marziana; - almeno un escavatare ed almeno un nastro trasportatore per lo scavo e il convogliamento della regolith marziana alle unità di trattamento della stessa; - almeno una unità MPO, comprendente almeno un magnetrone per l’estrazione dell’acqua adsorbita e di quella di idratazione dalla regolith Marziana mediante riscaldamento a microonde; - almeno un connettore di tubazioni a tre uscite per ripartire l’acqua estratta dalla regolith in tre correnti denominate πΠ, Ï€2 e Ï€3; - almeno un elettrolizzatore per l’elettrolisi dell’acqua costituente la corrente πΠe la produzione di idrogeno e ossigeno; - almeno un elettrolizzatore per l’elettrolisi della C02separata e l’ottenimento di ossigeno e una miscela di CO e C02; - almeno una unità costituita da almeno reattore di elettrosintesi con elettrolita solido (Solid oxide fuel celi) per la produzione di ammoniaca a partire dal gas ad elevato contenuto di N2e Ar prodotto nell’unità TSA e dall'idrogeno ottenuto per elettrolisi dell’acqua; - almeno una unità costituita da un connettore a “T" per ripartire la corrente di ammoniaca prodotta in due correnti denominate Î ̃1 e Î ̃2; - almeno una unità per la produzione di acido nitrico (HN03) mediante processo Ostwald a partire da Ar, NH3, H20, 02, detta unità comprendendo almeno un reattore catalitico, almeno una torre di assorbimento e almeno un sistema per lo strippaggio degli “NOx†; - almeno una unità costituita da un connettore a “T†per ripartire la corrente di acido nitrico (HNO3) prodotto in due correnti denominate pi e p2; - almeno una unità costituita da un connettore a T†per ripartire ulteriormente la corrente Î ̃2 in due correnti denominate Î ̃2' e Î ̃2". - almeno un serbatoio per lo stoccaggio deH’NH3prodotta; ed - almeno un reattore gas-liquido operante in continuo per la produzione di NH4NO3a partire da NH3e HNO3; e detto gruppo "biologico†comprendendo: - almeno una cupola geodetica per l’alloggiamento delle diverse unità impiantistiche utilizzate nella sezione biologica del procedimento sopra riportato; - almeno un pannello fotovoltaico per produrre l’energia utile al riscaldamento della atmosfera interna alla almeno una cupola e quella necessaria all’operatività delle unità impiantistiche di seguito specificate; - almeno una unità TSA costituita da almeno un letto adsorbente di zeolite e almeno un radiatore avente funzione di garantire lo scambio termico con l’ambiente naturale marziano per consentire l’esecuzione di cicli di adsorbimento-desorbimento a temperatura variabile, per separare la C02dagli altri gas costituenti l’atmosfera marziana (principalmente N2e Ar), e pressurizzare la stessa C02separata nonché insufflare e mettere in pressione la medesima C02all’interno della almeno una cupola; - almeno un escavatare e un nastro trasportatore per lo scavo e il convogliamento della regolith marziana alle unità di trattamento della stessa; - almeno una unità MPO, comprendente almeno un magnetrone, per l'estrazione dell'acqua adsorbita e di quella di idratazione dalla regolith Marziana mediante riscaldamento a microonde; - almeno una unità per il miscelamento dell'acqua estratta dalla regolith con opportuni quantitativi di acido nitrico prodotta nella sezione chimico fisica; - almeno una unità costituita da un nastro trasportatore a due vie per ripartire la regolith disidratata in due flussi solidi denominati τι’ e Ï„2’; - almeno un reattore operante in continuo, per la lisciviazione del flusso solido \\di regolith con una miscela di acqua e acido nitrico; - almeno una unità costituita da un “filtro a piatti†per la separazione solido/liquido da eseguire sullo slurry in uscita dal reattore di lisciviazione e la contestuale produzione del “brodo di coltura†e di un flusso di “regolith lisciviata†; - almeno un serbatoio per lo stoccaggio del gas a base di N2e Ar prodotto dalla unità precedente come esito della separazione dalla CO2; - almeno uno tra i seguenti ceppi algali: Gloeocapsa strain OU_20, Leptolyngbya strain OU_13, Phormidium strain OU_10, Chroococcidiopsis 029; Arthrospira platensis; Synechococcus elongatus; Anabaena cilindrica; Chlorella vulgaris; Nannochloris Eucaryotum o ceppi geneticamente modificati; - almeno una unità per la preparazione dell’inoculo di ceppi algali; - almeno un fotobioreattore per la produzione di biomassa aigaie, in cui il brodo di coltura à ̈ a contatto con l’inoculo aigaie, con l’acido nitrico e con la corrente gassosa avente elevato contenuto di C02denominata Î ̃2; - almeno una pompa idropneumatica di tipo “airlifit†per l'assorbimento in fase liquida della C02,l'adeguato grado di miscelamento tra i componenti inviati nel fotobioreattore e la circolazione dello “slurry biologico†; - almeno una unità per la separazione della biomassa aigaie e dell’ossigeno prodotti nel fotobioreattore dal brodo di coltura esausto; - almeno un serbatoio per lo stoccaggio dell’ossigeno prodotto dal fotobioreattore; - almeno una unità per la disidratazione della biomassa aigaie; ed - almeno una cupola geodetica da adibire a serra per la coltivazione di specie vegetali edibili.
- 7. Il kit di rivendicazione 6, in cui detto almeno un fotobioreattore à ̈ di tipo fedbatch.
- 8. Il kit di rivendicazione 6 o 7, in cui in detto almeno un fotobioreattore, il livello di ossìgeno à ̈ inferiore al 400% dei corrispondenti valori di saturazione nell’acqua.
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT001420A ITMI20111420A1 (it) | 2011-07-28 | 2011-07-28 | Procedimento per l'ottenimento di prodotti utili al sostentamento di missioni spaziali sul suolo marziano mediante l'utilizzo di risorse reperibili in situ |
| JP2014522187A JP5662619B2 (ja) | 2011-07-28 | 2012-07-24 | 現地資源活用を通じて火星における有人宇宙ミッションを維持するために有用な資材を生産するプロセス |
| PCT/IB2012/053754 WO2013014606A1 (en) | 2011-07-28 | 2012-07-24 | A process for the production of useful materials for sustaining manned space missions on mars through in-situ resources utilization |
| CN201280043264.4A CN103826438B (zh) | 2011-07-28 | 2012-07-24 | 通过就地资源利用来产生有用材料以维持在火星上的载人太空任务的工艺 |
| EP12759226.9A EP2736320B1 (en) | 2011-07-28 | 2012-07-24 | A process for the production of useful materials for sustaining manned space missions on mars through in-situ resources utilization |
| RU2014107659/13A RU2600183C2 (ru) | 2011-07-28 | 2012-07-24 | Способ получения материалов, применимых для жизнеобеспечения пилотируемых космических полетов на марс, посредством использования местных ресурсов |
| US14/235,549 US8978293B2 (en) | 2011-07-28 | 2012-07-24 | Process for the production of useful materials for sustaining manned space missions on mars through in-situ resources utilization |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT001420A ITMI20111420A1 (it) | 2011-07-28 | 2011-07-28 | Procedimento per l'ottenimento di prodotti utili al sostentamento di missioni spaziali sul suolo marziano mediante l'utilizzo di risorse reperibili in situ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ITMI20111420A1 true ITMI20111420A1 (it) | 2013-01-29 |
Family
ID=44720964
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| IT001420A ITMI20111420A1 (it) | 2011-07-28 | 2011-07-28 | Procedimento per l'ottenimento di prodotti utili al sostentamento di missioni spaziali sul suolo marziano mediante l'utilizzo di risorse reperibili in situ |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US8978293B2 (it) |
| EP (1) | EP2736320B1 (it) |
| JP (1) | JP5662619B2 (it) |
| CN (1) | CN103826438B (it) |
| IT (1) | ITMI20111420A1 (it) |
| RU (1) | RU2600183C2 (it) |
| WO (1) | WO2013014606A1 (it) |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| IT1401483B1 (it) * | 2010-07-29 | 2013-07-26 | I Agenzia Spaziale Italiana As | Procedimento di fabbricazione di elementi per strutture abitative e/o industriali sul suolo lunare e/o marziano |
| WO2014074770A2 (en) | 2012-11-09 | 2014-05-15 | Heliae Development, Llc | Balanced mixotrophy methods |
| WO2014074772A1 (en) | 2012-11-09 | 2014-05-15 | Heliae Development, Llc | Mixotrophic, phototrophic, and heterotrophic combination methods and systems |
| RU2547207C1 (ru) * | 2013-12-10 | 2015-04-10 | Александр Федорович Попов | Способ наращивания и прогрева атмосферы марса |
| RU2573699C1 (ru) * | 2014-10-23 | 2016-01-27 | Александр Федорович Попов | Способ поддержания жизнеобеспечивающей газовой среды марсианской станции |
| RU2617591C2 (ru) * | 2015-05-05 | 2017-04-25 | Александр Федорович Попов | Способ прогрева атмосферы марса |
| RU2617596C1 (ru) * | 2016-04-22 | 2017-04-25 | Александр Федорович Попов | Способ формирования озоновой защиты в атмосфере марса |
| WO2018029833A1 (ja) | 2016-08-10 | 2018-02-15 | 株式会社ｉｓｐａｃｅ | 探査方法、探査システム及び探査機 |
| WO2018034053A1 (ja) * | 2016-08-18 | 2018-02-22 | ソニー株式会社 | 情報処理装置、情報処理システム及び情報処理方法 |
| US20180368343A1 (en) * | 2017-06-22 | 2018-12-27 | Greg O'Rourke | Sustainable Growing System and Method |
| CN108061790A (zh) * | 2017-11-23 | 2018-05-22 | 兰州空间技术物理研究所 | 火星土壤光热取水的地面模拟试验系统及试验方法 |
| RU2685122C1 (ru) * | 2018-08-07 | 2019-04-16 | Александр Федорович Попов | Способ извлечения воды из марсианского водяного льда |
| CN109354257A (zh) * | 2018-12-06 | 2019-02-19 | 中国科学院水生生物研究所 | 一种水体中微藻的原位收集装置及方法 |
| US11719100B2 (en) | 2020-03-13 | 2023-08-08 | University Of Central Florida Research Foundation, Inc. | System for extracting water from lunar regolith and associated method |
| DE102021108550A1 (de) | 2021-04-06 | 2022-10-06 | Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (Rwth) Aachen | Zero-Waste Rohstoff- und Sauerstoffversorgung für zukünftige extraterrestrische Aktivitäten der Menschheit |
| WO2023061587A1 (en) | 2021-10-13 | 2023-04-20 | Universita' Degli Studi Di Cagliari | Process and kit to investigate microgravity effect on animal/vegetable cells under extraterrestrial cultivation conditions and cultivation process thereof to sustain manned space missions |
| CN115364622B (zh) * | 2022-08-25 | 2024-02-09 | 北京航天试验技术研究所 | 一种火星表面二氧化碳捕集与转化系统及其方法 |
| CN115364615B (zh) * | 2022-08-25 | 2024-02-09 | 北京航天试验技术研究所 | 一种采用变温吸附法的火星表面二氧化碳捕集系统及方法 |
| CN116813357B (zh) * | 2023-06-28 | 2024-04-12 | 哈尔滨工业大学 | 一种模拟火星壤的二氧化碳气氛烧结成型方法 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2234147A (en) * | 1989-07-29 | 1991-01-30 | David Martin Rogers | Process and means for geodesic dome crop production |
| US5005787A (en) * | 1989-07-11 | 1991-04-09 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Method and apparatus for bio-regenerative life support system |
| US5227032A (en) * | 1991-09-24 | 1993-07-13 | The United State Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Method for producing oxygen from lunar materials |
| JP2002104811A (ja) * | 2000-06-30 | 2002-04-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 二酸化炭素還元装置 |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US858904A (en) | 1902-06-26 | 1907-07-02 | Wilhelm Ostwald | Process of manufacturing nitric acid. |
| US4583321A (en) * | 1984-04-12 | 1986-04-22 | Stanhope Lawrence E | Space garden |
| RU94034385A (ru) * | 1994-09-19 | 1996-08-27 | Н.П. Казаков | Способ получения и подача энергокомпонентов к ракетному двигателю |
| US5956897A (en) * | 1997-07-11 | 1999-09-28 | Takashima; Yasukazu | Automatic plant growing and harvesting system |
| RU2215891C2 (ru) * | 2001-02-13 | 2003-11-10 | Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева" | Солнечная энергетическая ракетная двигательная установка импульсного действия |
| RU2009145609A (ru) * | 2009-12-08 | 2011-06-20 | Александр Михайлович Силантьев (RU) | Способ получения o2 космическим, подводным аппаратам из тоэ ориентацией целостатом электретно-спиновой плотности в солнечной энергетической установке |
| IT1401483B1 (it) | 2010-07-29 | 2013-07-26 | I Agenzia Spaziale Italiana As | Procedimento di fabbricazione di elementi per strutture abitative e/o industriali sul suolo lunare e/o marziano |
| CN201888138U (zh) * | 2010-09-27 | 2011-07-06 | 上海市枫泾中学 | 太阳能月球农作物栽培器 |
-
2011
- 2011-07-28 IT IT001420A patent/ITMI20111420A1/it unknown
-
2012
- 2012-07-24 EP EP12759226.9A patent/EP2736320B1/en active Active
- 2012-07-24 WO PCT/IB2012/053754 patent/WO2013014606A1/en active Application Filing
- 2012-07-24 US US14/235,549 patent/US8978293B2/en active Active
- 2012-07-24 JP JP2014522187A patent/JP5662619B2/ja active Active
- 2012-07-24 CN CN201280043264.4A patent/CN103826438B/zh active Active
- 2012-07-24 RU RU2014107659/13A patent/RU2600183C2/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5005787A (en) * | 1989-07-11 | 1991-04-09 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Method and apparatus for bio-regenerative life support system |
| GB2234147A (en) * | 1989-07-29 | 1991-01-30 | David Martin Rogers | Process and means for geodesic dome crop production |
| US5227032A (en) * | 1991-09-24 | 1993-07-13 | The United State Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Method for producing oxygen from lunar materials |
| JP2002104811A (ja) * | 2000-06-30 | 2002-04-10 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 二酸化炭素還元装置 |
Non-Patent Citations (7)
| Title |
|---|
| A. P. BRUCKNER ET AL.: "Feasability studies of the extraction of water vapor from the Martian atmosphere by adsorption in zeolite 3A", ISRU II TECHNICAL INTERCHANGE MEETING, 18 April 2000 (2000-04-18) - 19 November 1997 (1997-11-19), Houston, Texas [US], XP002673451, Retrieved from the Internet <URL:http://www.lpi.usra.edu/meetings/ISRU-II-97/pdf/9031.pdf> [retrieved on 20120404] * |
| CHRISTOPHER P. MCKAY ET AL.: "Utilizing Martian resources for life support", 7 February 2008 (2008-02-07), XP002673449, Retrieved from the Internet <URL:http://www.uapress.arizona.edu/onlinebks/ResourcesNearEarthSpace/resources29.pdf> [retrieved on 20120404] * |
| J. S. LEWIS ET AL.: "Resources of Near-Earth Space", 1993, UNIVERSITY OF ARIZONA PRESS, Tucson, Arizona (US), ISBN: 0-816-51404-6, article CHRISTOPHER P. MCKAY ET AL.: "Part IV: Mars and Beyond, Chapter 29: Utilizing Martian resources for life support", pages: 819 - 843 * |
| KIM STANLEY ROBINSON: "Red Mars", 1 April 2009 (2009-04-01), XP002673450, Retrieved from the Internet <URL:http://www.polvoestelar.com.mx/babilonia/Libros/Kim%20Stanley%20Robinson/Kim%20Stanley%20Robinson%20-%20Red%20Mars.pdf> [retrieved on 20120404] * |
| KIM STANLEY ROBINSON: "Red Mars", 1 January 1993, BANTAM SPECTRA (US), ISBN: 0-553-09204-9 * |
| MASAMICHI YAMASHITA ET AL.: "On-Site Resources Availability for Space Agriculture on Mars", 9 March 2011 (2011-03-09), XP002673448, Retrieved from the Internet <URL:http://www.eriksjodin.net/works/theazollacookingandcultivationproject/research/On-site%20resources%20availability%20for%20space%20agriculture%20on%20mars.pdf> [retrieved on 20120404] * |
| VIOREL BADESCU: "Mars: Prospective Energy and Material Resources", 2009, SPRINGER-VERLAG, Berlin (DE), ISBN: 978-3-642-03628-6, article MASAMICHI YAMASHITA ET AL.: "Chapter 18: On-Site Resources Availability for Space Agriculture on Mars", pages: 518 - 542 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20140165461A1 (en) | 2014-06-19 |
| RU2014107659A (ru) | 2015-09-10 |
| EP2736320B1 (en) | 2016-06-08 |
| JP5662619B2 (ja) | 2015-02-04 |
| US8978293B2 (en) | 2015-03-17 |
| JP2014530595A (ja) | 2014-11-20 |
| CN103826438A (zh) | 2014-05-28 |
| RU2600183C2 (ru) | 2016-10-20 |
| WO2013014606A1 (en) | 2013-01-31 |
| CN103826438B (zh) | 2015-09-02 |
| EP2736320A1 (en) | 2014-06-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| ITMI20111420A1 (it) | Procedimento per l'ottenimento di prodotti utili al sostentamento di missioni spaziali sul suolo marziano mediante l'utilizzo di risorse reperibili in situ | |
| Alitalo et al. | Biocatalytic methanation of hydrogen and carbon dioxide in a fixed bed bioreactor | |
| CN101981744A (zh) | 用于产生可再生氢并截留二氧化碳的电化学系统、装置和方法 | |
| CN104169472B (zh) | 在电解工艺中利用太阳辐射的装置和方法 | |
| Tredici et al. | A Tubular Integral Gas Exchange Photobioreactor for Biological Hydrogen Production: Preliminary Cost Analysis | |
| Sadler et al. | Bio-regenerative life support systems for space surface applications | |
| Cohen et al. | Water Walls Life Support Architecture | |
| US20220037691A1 (en) | Interconnected photosynthesis matrix and bio-energy production systems | |
| CN113877390A (zh) | 基于生物学的固碳方法 | |
| JP2004066091A (ja) | 二酸化炭素含有ガス処理方法及びその装置 | |
| GB2553758A (en) | A design of an efficient power generation plant | |
| Lashgari | Use of solar and alternative energy to reduce emissions | |
| CA3130327A1 (en) | Interconnected photosynthesis matrix and bio-energy production systems | |
| Tompkins et al. | Growmars process for expanding oxygen, food, radiation, manufacturing material production rates | |
| Sadler et al. | Prototype BLSS lunar greenhouse | |
| CN221071667U (zh) | 基于等离子体耦合电化学催化转化的液态氮肥生产系统 | |
| US11866836B2 (en) | Distributed hydrogen generation plant | |
| US20230121360A1 (en) | Interconnected photosynthesis matrix and bio-energy production systems | |
| Zhang et al. | A Concise Review of Resource Requirements for Future Space Exploration | |
| Meng | Biofuel Production Via in Situ Resource Utilization on Mars | |
| CN105602833A (zh) | 一种利用化学链燃烧co2以及灰分培养微藻的系统和工艺 | |
| WO2022173617A1 (en) | Interconnected photosynthesis matrix and bio-energy production systems | |
| Källmarker | Artificial Leaf Leaf-inspired photosynthetic canopies for synthesis of energy and architectural space | |
| Groezinger et al. | Sustaining agriculture on the Moon | |
| IT202100015770A1 (it) | Processo integrato per la produzione sostenibile ed autonoma di idrogeno senza emissione di CO2 e relativo sistema |