Земята е голям космически кораб, чиято „носеща способност” вече е на предела си

Представете си, че животът ви, както например на Международна космическа станция (МКС), преминава на място, където постоянно сте ограничени в ресурси: вода, въздух, храна и енергия. Вашето оцеляване ще зависи до голяма степен от това как управлявате ресурсите си и уменията си за рециклиране. Точно с това се сблъскват астронавтите на борда на МКС, а в бъдеще ще се сблъскат и първите заселници на Луната и Марс. В същото време на нас ни е трудно да си представим, че човечеството е в същото положение на астронавти, разполагащи с ограничени ресурси, летящи на космическия кораб Земя в безкрайната Вселена и всякакъв дисбаланс в околната среда може да доведе до тежки и трагични последствия.

Всяка космическа станция или извънземна база ще представлява система със затворен цикъл. В тях ще трябва да се произвеждат собствени ресурси, а след това те да се преработват, връщайки ги в системата, тъй като тяхното количеството ще е ограничено. Ако се консумира твърде много, астронавтите могат да останат без въздух, храна, вода или енергия, което може да доведе до летален край . Разбира се, от време на време от Земята ще идват доставки, така че тези системи няма да са 100% затворени. Но това, което наистина представлява напълно затворена система, е самата Земя.

Земята има определена „носеща способност“ (способност да издържа на натоварване, като същевременно поддържа нормално функциониране). Още през 1972 г. екип от учени от Масачузетския технологичен институт под ръководството на Денис Медоуз в своя доклад „Граници на растежа“ (който след това излизе като книга), поръчан им от Римския клуб, предупреждават, че планетата започва да достига границата на своята носеща способност и скоро човечеството ще има нужда от твърде много енергия, храна, прясна вода и толкова силно ще замърсява атмосферата, че системата Земя като система със затворен цикъл ще става все по-неустойчива. За съжаление понастоящем ние самите ставаме все по-често свидетели на това как изменението на климата причинява все повече суши, наводнения, горски пожари и други сериозни природни бедствия.

„Носещата способност“ на Земята е на предела си

В ново изследване на Германския аерокосмически център подробно се описват как технологиите, разработени за живот в затворена космическа среда, могат да бъдат приложени на Земята.

Според авторите на изследването едно космическо местообитание трябва да изпълнява няколко функции, за да остане то устойчива система със затворен цикъл. Всяка от тези системи може да се приложи и на Земята.

• Първо, ресурси трябва да се отглеждат, изработват и доставят в системата. В този случай под  ресурси се подразбира  всичко, което едно местообитание изисква, за да функционира пълноценно: от храната до енергията. Тази концепция обаче трябва да се управлява внимателно, защото ако не се контролира, всичко може да рухне. Например, ако твърде бързо извлечете целия воден лед от лунния реголит, то такъв в дългосрочен план няма да остане за захранване на лунната база.

• Втората задача е да се рециклират тези ресурси, така че те да не се изразходват твърде бързо. В местообитанията със затворен цикъл непреработените отпадъци струват скъпо и могат да влошат с течение на времето качеството на жизнената среда. Подобна ситуация би означавала, че всеки път този или онзи ресурс остава все по-малко. Освен това те могат да замърсят околната среда, което отново води до нейното влошаване.

• Трето – самозадоволяване. С изключение на периодичните доставки от Земята, едно космическо местообитание трябва да може да произвежда и ремонтира всичко, от което се нуждае.

И накрая, местообитанието със затворен цикъл трябва да бъде достатъчно устойчиво, за да поддържа екипажа и всеки друг животински или растителен живот за неопределено време. Ако системата излезе от строя поради злоупотреби, продължителността на живот в местообитанието ще се намали значително.

„Вече сега е очевидно, че всяка от тези точки може да се приложи към Земята“, споделя известният астрофизик от Манчестерския университет Кийт Купър.

Космически технологии, използвани на Земята

Технологиите, които се разработват за космоса, могат да бъдат много полезни и на Земята.

Слънчеви панели

Един от показателните примери за това са слънчевите панели. Те са изобретени през далечната 1954 г., когато почти е нямало разработки за получаване на енергия от възобновяеми източници на енергия. За първи път слънчевите панели са излязли в космоса през 1958 г., инсталирани на сателита Vanguard 1. До началото на 70-те години тези източници на енергия станаха достатъчно мощни за бъдат използвани и на Земята. Днес слънчевите панели са навсякъде и през 2023 г. слънчевата енергия осигури общо 5,5% от световното електричество без вредни емисии на въглищни електроцентрали или токсични отпадъци от ядрените реактори.

Хранителни технологии

Други технологии, разработени в космоса, които могат да помогнат за поддържането на по-устойчив начин на живот на Земята, са хранителните технологии. Например , астронавтите на МКС отглеждат селскостопански култури. През 2021 г. на МКС за първи път беше отгледана маруля, набрана от астронавта на НАСА Майкъл Хопкинс. Същността на експеримента беше методът на засаждане на семена: те са били поставени в специална „семенна възглавница“, в която се е контролирало освобождаването на торове и глина, а също така са били използвани специални LED лампи за по-добра фотосинтеза, които излъчват повече червена и синя светлина.

Сега същите тези лампи се адаптират за „вертикално земеделие“ на Земята – устойчив начин за отглеждане на селскостопански култури, които не заемат твърде много земя в градските райони и използват повторно водата, също както на космическата станция. Отглеждайки различни селскостопански продукти във вертикални ферми в близост до големите градове хората ще могат да съкратят значително транспортните разходи и да намалят дела на интензивното земеделие, което е съпроводено с големи въглеродни емисии.

Воден цикъл

На космическите станции е много важно водата да се използва повторно, защото е много трудно тя да се достави. Цялата вода на МКС се рециклира чрез система за регенериране .Така, на космическата станция всички водни пари, пот и дори урина се преработват в питейна вода.

На Земята хората може би няма да им се наложи да да пият вода от урина, но пък има много места по света, където прясната вода е в голям недостиг. Разработената от НАСА технология за възстановяване на водата е лицензирана от компании за производство на преносими портативни филтри, които позволяват на общностите да получават чиста вода от замърсени източници.

Карбоново почистване

По-рано кислородът на МКС се произвеждал от система, за която е трябвало годишно да се доставят около 400 литра вода от Земята. Тоест тя не била затворена система.

Сега Европейската космическа агенция (ESA) разработи нова усъвършенствана затворена система, известна като Advanced Closed Loop System (ACLS), която може да преобразува 50% от въглеродния диоксид на станцията в кислород и вече не е необходимо да се транспортират огромни количества вода от Земята.

Устройството за рециклиране на въглероден диоксид ACLS смесва водород и въглероден диоксид, извлечени от въздуха, за да се произведе вода и метан. Метанът се освобождава в космоса като отпадък, но блокът за генериране на кислород е способен да разделя водата на кислород и водород, последният от които се връща в системата ACLS, за да започне цикъла отново.

До появата на ACLS, въглеродният диоксид се е отстранявал изключително с помощта на минерала зеолит, чиито пори са достатъчно малки, за да улавят молекулите на въглеродния диоксид и след това да ги освобождават в космоса. Стефано Брандани и Джулио Сантори от университета в Единбург предполагат, че тази технология може да се използва за намаляване на въглеродния диоксид и в земната атмосфера.

Учените смятат, че гигантски вентилатори могат да засмукват въздух, наситен с въглероден диоксид, и да го изпращат към зеолитни станции, които ще премахват въглеродния диоксид от въздуха. Такива инсталации могат да се използват в непосредствена близост до източници на замърсяване, като отделят въглеродния диоксид от промишлените емисии.

Въпреки че технологията за улавяне на въглерод не може напълно да премахне въглеродния диоксид от атмосферата и да предотврати глобалното затопляне, тя може да помогне за смекчаване на ефектите от изменението на климата.

„Често чуваме критики към скъпите космически програми, че са твърде скъп лукс, но в същото време именно космическите технологии могат да ни помогнат да живеем по-добре на Земята“, обобщава Кийт Купър.