Простейшие биокультиваторы для регенерации воздуха в летательных аппаратах

С конца 20-го века биокультиваторы стали дополнять и замещать химические регенераторы воздуха в космических, а затем и авиационных аппаратах.

Их конкурентные преимущества: простота включения-выключения и практически «бесконечный» ресурс работы, принцип «два в одном» (и поглощение углекислого газа, и выделение кислорода), а также очень заметно сниженный вес и объём относительно химических аналогов.
Дополнительные устройства типа компрессоров и полупроницаемых мембран позволяют увеличить концентрацию углекислого газа на входе в культиватор, повышая его производительность.
В простейшем случае в качестве биологической «начинки» культиватора используют водородных бактерий или микроводоросли.
Более развитые, но также компактные и продуктивные системы разрабатывал в позапрошлом веке К.Э. Циолковский – теперь их называют биокультиваторами.

Культивация водородных бактерий

Принцип работы биокультиватора с водородными бактериями: извлечение из углекислого газа кислорода с помощью водорода и удаление углерода путём создания органического вещества. Культиватор содержит ёмкость с бактериями, в него же встроен газогенератор, производящий водород.
Такой газогенератор – это ёмкость с подсоленной водой, в которую опущен анод и катод. Когда от источника постоянного (или переменного, через выпрямитель) тока поступает энергия, вода разлагается на водород, полностью направляемый в культиватор, и кислород, часть которого поступает в культиватор, а часть – в жилой отсек. Одновременно с подачей газов из газогенератора включается и подача очищаемого воздуха в культиватор.

Водородные бактерии, потребляя водород (основной источник энергии для их жизнедеятельности), извлекают с его помощью необходимое вещество и энергию. А именно: отщепляют от углекислого газа кислород, соединяя его с водородом, углерод усваивают, преобразуя его в органические углеводороды и другие соединения, а в качестве отходов производят воду, возвращаемую в газогенератор. Обслуживание биокультиватора довольно простое – изредка требуется отфильтровывать и удалять избыток биомассы бактерий, восполнять небольшие потери минеральных солей, доливать воду, при перегреве – охлаждать.

Культивация микроводорослей

Главных отличий культиватора микроводорослей относительно водородного два:
1. Он менее энергоёмкий, поскольку не требует электролиза газов, но зато требует организации естественного или искусственного освещения для протекания фотосинтеза
2. Производительность его ниже, поскольку фотосинтезирующие микроорганизмы даже на свету менее производительны по части поглощения углекислого газа и выделения кислорода, чем водородные бактерии, поскольку они частично дышат. В темноте же микроводоросли вообще только дышат, то есть производят действие, обратное фотосинтезу: потребляют кислород и выделяют углекислый газ.

Биокультиваторы для создания замкнутых экологических систем

С переходом от воздухоплавания к освоению космоса, в особенности для обеспечения длительных полётов, одной только очистки воздуха становится недостаточно. Всё шире ставятся вопросы стабильного жизнеобеспечения вплоть до полузамкнутого и замкнутого цикла.

Микроводоросли в этом плане предпочтительнее: помимо воздуха, они хорошо очищают и воду. А главное, пищевая и кормовая ценность водорослей намного выше, чем водородокисляющих бактерий, содержащих вредный избыток нуклеотидов.
Исходя из этого, на орбитальных станциях микроводоросли обычно занимают важное место: помимо базовой функции очистки воздуха, с ними проводят эксперименты в духе очистки отходов. А полученную биомассу микроводорослей используют для скармливания коловраткам или другим живым организмам.

Биокультиваторы могут быть объединены в цепочки на модульном принципе. В перспективе, на орбитальных станциях и космических базах можно выстраивать пищевые цепочки вплоть до чего-то съедобного для человека. В настоящее время продукция биокультиваторов используется, например, в производстве кормов для животных

Но пока что изыскания по части использования биокультиваторов испытвают застой, экономически прибыльными оказываются другие направления, собирательно именуемые сейчас зелёная экономика