В замкнутом объеме космической станции все отходы должны идти в дело. Даже продукты жизнедеятельности человека можно использовать в качестве удобрения, если бы не высокая концентрация NaCl, токсичная для растений. Специалисты Института биофизики СО РАН разработали метод, позволяющий извлекать хлорид натрия из раствора методом электрохимического диализа. Результаты первых экспериментов они описали в недавнем выпуске журнала Доклады Академии наук (А. А. Тихомиров, Ю. А. Куденко, С. В. Трифонов «Физико-химическая переработка экзометаболитов человека для вовлечения NaCl в массообмен замкнутых систем жизнеобеспечения», Доклады Академии наук, 2016, том 466, № 1, с. 114–116).
Метод позволяет не только освободить будущие удобрения от солей, но и получать поваренную соль для нужд экипажа.
Чтобы из отходов жизнедеятельности человека (экзометаболитов) можно было извлечь соль, их нужно сначала минерализовать, то есть удалить органические компоненты. Для этого исследователи использовали технологию «мокрого» сжигания, при котором органика окисляется в водном растворе перекиси водорода под действием переменного электрического тока. Жидкие и плотные экзометаболиты перерабатывают совместно, что позволяет снизить количество необходимых технологических операций и тем самым упростить процесс. Кроме того, если окислять только мочу, не удается добиться полного распада перекиси водорода: ее стабилизирует мочевина.
Исследователи сконструировали диализатор, представляющий собой ёмкость с двумя диализными мембранами, отделяющими боковые резервуары. Минерализованные экзометаболиты помещают в эту ёмкость и разделяют, подавая постоянный ток на угольные электроды. В центральной ёмкости остается частично обессоленный раствор со сниженной концентрацией минеральных веществ, а в боковые резервуары через мембраны поступают щелочной и кислотный растворы. По окончании электродиализа через щелочной раствор пропускают углекислый газ и после нескольких манипуляций получают обессоленный раствор и гидрокарбонат натрия NaHCO3 (пищевую соду). Раствор возвращают в центральную емкость, а из пищевой соды при взаимодействии с соляной кислотой получают поваренную соль.
Помимо натрия, в щелочной раствор попадают ионы других металлов, главным образом калия. Поэтому исследователям пришлось решать проблему разделения солей натрия и калия, иначе не удалось бы получить чистый NaCl. Учёные добились удовлетворительного разделения, охлаждая раствор: карбонаты натрия и калия имеют различную растворимость при разных температурах.
В эксперименте за 8,5 часов диализа при напряжении 65 — 100 В и силе тока 1,5 — 3 А исследователям удалось снизить содержание хлорида натрия в минерализованных отходах человека примерно на 25%, до концентрации, приемлемой для роста растений.
«Удаленный избыток соли, при необходимости, может быть возвращен экипажу. Однако для достижения высокой степени очистки желательно выполнить ряд завершающих операций, над которыми сейчас работают специалисты Института биофизики СО РАН», — рассказал в интервью STRF.ru руководитель исследования, заведующий лабораторией управления биосинтезом фототрофов профессор Александр Тихомиров.
Источник: strf.ru
Космическая Станция от первого лица. Экскурсия по МКС / ©Youtube
