Binnenaanzicht van de Apollo 13 Lunar Module tijdens de door problemen geteisterde reis terug naar de aarde - de hier afgebeelde "brievenbus" werd gebruikt om koolstofdioxide te verwijderen. Bekijk meer foto's van ruimteverkenning. Afbeelding met dank aan ]

We produceren koolstofdioxide in ons lichaam wanneer onze cellen voedsel afbreken en we laten het vrij wanneer we uitademen. In de atmosfeer, kooldioxideconcentraties zijn ongeveer 0,04 procent. Echter, in de besloten hutten van ruimtevaartuigen, zoals de spaceshuttle of ruimtestations, de kooldioxideconcentratie kan veel hoger worden, wat een probleem vormt omdat koolstofdioxide giftig is. Naarmate de kooldioxideconcentratie in de lucht om je heen toeneemt, u krijgt bepaalde symptomen:

• Bij 1 procent - slaperigheid
• Bij 3 procent - slechthorend, verhoogde hartslag en bloeddruk, verdoving
• Bij 5 procent - kortademigheid, hoofdpijn, duizeligheid, verwardheid
• Bij 8 procent - bewusteloosheid, spiertrillingen, zweten
• Boven 8 procent - dood

Op aarde, planten verwijderen koolstofdioxide door het proces van fotosynthese. De planten nemen koolstofdioxide op en geven zuurstof af. Echter, in een ruimtevaartuig, koolstofdioxide moet door chemische processen uit de cabinelucht worden verwijderd. De meeste ruimtevaartuigen vertrouwen uitsluitend op het verwijderen van de koolstofdioxide met bussen die lithiumhydroxide in poedervorm bevatten. Wanneer lucht met kooldioxide (CO ₂ ) gaat door de bus, het combineert met het lithiumhydroxide (LiOH) om lithiumcarbonaat te vormen (Li ₂ CO ₃ ) en water (H ₂ O).

CO ₂ (g) + 2LiOH (s) -> Li ₂ CO ₃ (s) + 3 H ₂ O (l)

Zodra al het lithiumhydroxide is opgebruikt, de bus moet worden vervangen en weggegooid. Misschien, het beroemdste voorbeeld van het gebruik van lithiumhydroxide-bussen vond plaats tijdens de Apollo 13-missie.

Nadat een explosie de commandomodule verlamde, de astronauten leefden in de maanmodule terwijl het ruimtevaartuig terugkeerde naar de aarde. De maanmodule gebruikte ronde lithiumhydroxidebussen, terwijl de commandomodule vierkante gebruikte. Met drie astronauten die de lucht inademen in een ruimte die is ontworpen voor slechts twee, de bussen van de maanmodule waren snel opgebruikt, maar de astronauten konden ze niet gemakkelijk verwisselen vanwege de verschillende vormen. Dus, ingenieurs van Mission Control moesten een manier bedenken om de luchtstroom van de maanmodule door de vierkante lithiumhydroxidebussen aan te passen. Ze konden een systeem optuigen met behulp van slangen, sokken, plastic zakken en ducttape -- de astronauten redden van de door kooldioxide veroorzaakte dood.

Lithiumhydroxide-bussen zijn niet de enige oplossing - blijf lezen om erachter te komen hoe SCUBA-apparatuur in de ruimte werkt.

SCUBA in de ruimte

Lithiumhydroxide-bussen zijn niet de enige CO ₂ probleemoplosser in de ruimte. Het International Space Station (ISS) gebruikt lithiumhydroxidebussen, maar het heeft ook een nieuwere technologie die moleculaire zeven gebruikt om koolstofdioxide te absorberen. SCUBA-rebreathers en persoonlijke zuurstofapparaten die door brandweerlieden en mijnwerkers worden gebruikt, moeten ook kooldioxide verwijderen. Sommige rebreathers gebruiken lithiumhydroxidebussen. Maar anderen gebruiken een reactie met kaliumsuperoxide (KO ₂ ). Wanneer kaliumsuperoxide wordt gecombineerd met waterdamp (H ₂ O) en kooldioxide (CO ₂ ) van de adem van een persoon, het absorbeert kooldioxide en maakt zuurstofgas en kaliumbicarbonaat (KHCO ₃ ):

4KO ₂ (s) + 4CO ₂ (g) + 2H ₂ O (g) -> 4KHCO ₃ (s) + 3O ₂ (G)

De reactie maakt warmte. Dus, je kunt zien wanneer het klaar is, omdat het niet meer warm wordt. Dit systeem heeft als bijkomend voordeel dat het zowel zuurstof levert als koolstofdioxide verwijdert.

Het Amerikaanse Destiny-labgedeelte en het knooppunt 3-gedeelte van het ISS bevatten een koolstofdioxideverwijderingssamenstel (CDRA). De CDRA gebruikt moleculaire zeeftechnologie om koolstofdioxide te verwijderen. De moleculaire zeven zijn zeolieten, kristallen van siliciumdioxide en aluminiumdioxide. De kristallen rangschikken zichzelf om kleine schermen te vormen. De openingen van de schermen of poriën zijn consistente afmetingen waardoor sommige moleculen kunnen binnendringen en vast komen te zitten in de zeven. In de CDRA, er zijn vier bedden van twee verschillende zeolieten. Zeoliet 13x absorbeert water, terwijl zeoliet 5A koolstofdioxide absorbeert. Elke zijde van de CDRA bevat een zeoliet 13X die is verbonden met een zeoliet 5A-bed. Terwijl de lucht door het zeoliet 13X-bed gaat, water wordt opgesloten en uit de lucht verwijderd. De gedroogde lucht gaat naar het zeoliet 5A bed waar koolstofdioxide wordt vastgehouden en verwijderd. De uitgaande lucht is dan droog en vrij van kooldioxide.

In tegenstelling tot lithiumhydroxidebussen, die worden opgebruikt en weggegooid, de zeolieten in de CDRA kunnen worden geregenereerd. Elektrische verwarmingselementen in de bedden verwarmen de zeolieten en bevrijden de ingesloten waterdamp en kooldioxide. De koolstofdioxide wordt afgevoerd naar de ruimte, terwijl de waterdamp wordt gecondenseerd en gerecycled. De CDRA is ontworpen met onafhankelijke controles, zodat de ene helft actief kooldioxide en water uit de lucht verwijdert, terwijl de andere helft regenereert. De twee helften wisselen elkaar af. De CDRA is de primaire methode waarmee kooldioxide uit de ISS-cabinelucht wordt verwijderd, terwijl lithiumhydroxidebussen worden gebruikt als back-ups.

In oktober 2010 een nieuw systeem, genaamd de Sabatier, werd geïnstalleerd op het ISS. Het kost koolstofdioxide (CO ₂ ) die is verwijderd door de CDRA, combineert het met het waterstofgas (H ₂ ) gegenereerd door de Russische Elektron en U.S. Environmental Control and Life Support System (ECLSS) waterelektrolysesystemen, en vormt vloeibaar water (H ₂ O) en methaangas (CH ₄ ). Het methaan wordt afgevoerd naar de ruimte.

In de toekomst, NASA-wetenschappers hopen op natuurlijke wijze zuurstof te creëren en koolstofdioxide te elimineren aan boord van ruimtevaartuigen en ruimtekolonies door planten te laten groeien. De planten zouden niet alleen ademlucht leveren, maar ook voedsel voor de astronauten. Voor meer ruimtegerelateerde informatie, zie de links op de volgende pagina.

Veel meer informatie

Gerelateerde HowStuffWorks-artikelen

• Hoe ruimtestations werken
• Hoe onderzeeërs werken
• Hoe ruimtepakken werken
• Hoe Space Shuttles werken
• Hoe Project Mercury werkte
• Hoe het Gemini-ruimtevaartuig werkte
• Hoe het Apollo-ruimtevaartuig werkte
• Hoe duiken werkt

bronnen

• Amerikaanse Chemieraad, "Natriumchloraat:het verstrekken van zuurstof voor noodgevallen" januari 2007. http://www.americanchemistry.com/s_chlorine/science_sec.asp?CID=1708&DID=6370&CTYPEID=113
• Kooldioxidecontrole:moleculaire zeven http://settlement.arc.nasa.gov/teacher/course/zeolite.html
• Knox, J, Howard, NS, "Clearing the Air:Life Support for Space Exploration" http://www.comsol.com/stories/nasa_life_support/full/
• Launius, RD, "Ruimtestations:basiskampen naar de sterren" Smithsonian Books, Washington, gelijkstroom, 2003
• Referentiegids voor ISS http://www.nasa.gov/mission_pages/station/news/ISS_Reference_Guide.html
• NASA Wetenschapsnieuws, "Rustig ademen op het ruimtestation" http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2000/ast13nov_1/