Luftaufbereitung / Sauerstoffanreicherung

[Tino_81e90c]

Zugegeben, mir fallen viele Bretter ein, in denen ich die Frage stellen könnte… aber keines erscheint mir wirklich passend. Also dann eben hier…

Die Frage:
Nehmen wir beispielsweise ein U-Boot auf langer Tauchfahrt. Der Luft wird durch die Besatzung permanent Sauerstoff entzogen, dafür kommt aber ein großes Quantum an Kohlendioxid hinzu. Also muss die Atemluft aufbereitet werden. Berücksichtigt man, dass diese Boote über Wochen und Monate unterwegs sein können, ohne auch nur ein einziges Mal aufzutauchen, wird es für mich schon ein wenig verwirrend. Entweder wird Sauerstoff - oder einfach nur komprimierte Atemluft - aus Tanks eingeleitet, oder… oder was sonst? Wenn wir fiktiv eine Besatzungsstärke von 100 Mann annehmen, kommt da ein - denke ich jedenfalls - riesiger Bedarf zustande. Herbeizaubern lässt sich Sauerstoff jedenfalls nicht. Von der Umwandlung eines giftigen Gases in elementaren Sauerstoff durch katalytische oder sonstwelche Vorgänge weiß ich nichts. Die Aufspaltung von Wasser in seine Elemente Wasserstoff und Sauerstoff wäre immens energieintensiv. So könnte es zwar passieren, aber ob es so gemacht wird…?
Wie machen die das?

Gruß!
Tino

[huddiHutzn]

Hi Tino!

Zugegeben, mir fallen viele Bretter ein, in denen ich die
Frage stellen könnte… aber keines erscheint mir wirklich
passend. Also dann eben hier…

Die Frage:
Nehmen wir beispielsweise ein U-Boot auf langer Tauchfahrt.
Der Luft wird durch die Besatzung permanent Sauerstoff
entzogen, dafür kommt aber ein großes Quantum an Kohlendioxid
hinzu. Also muss die Atemluft aufbereitet werden.
Berücksichtigt man, dass diese Boote über Wochen und Monate
unterwegs sein können, ohne auch nur ein einziges Mal
aufzutauchen, wird es für mich schon ein wenig verwirrend.
Entweder wird Sauerstoff - oder einfach nur komprimierte
Atemluft - aus Tanks eingeleitet,

Wär wahrscheinlich möglich, aber wenn man mal überlegt wieviel ein Mensch so an Atemluft wegatmet eher technisch schlecht oder… oder was sonst? Wenn

wir fiktiv eine Besatzungsstärke von 100 Mann annehmen, kommt
da ein - denke ich jedenfalls - riesiger Bedarf zustande.
Herbeizaubern lässt sich Sauerstoff jedenfalls nicht. Von der
Umwandlung eines giftigen Gases in elementaren Sauerstoff
durch katalytische oder sonstwelche Vorgänge weiß ich nichts.
Die Aufspaltung von Wasser in seine Elemente Wasserstoff und
Sauerstoff wäre immens energieintensiv. So könnte es zwar
passieren, aber ob es so gemacht wird…?
Wie machen die das?

Du hattest recht mit der Elektrolyse. Und das ist allerdings Energieintensiv!! Also ich weiß, dass zumindest auf allen (?) Atomubooten der Sauerstoff auf diese Weise gewonnen wird.
Aber auf anderen U-BOOTEN ?? Das weiß ich auch nicht. Aber vielleicht kommen ja noch andere Postings .

Gruß!
Tino

Gruß
Philipp

[Gandalf]

Hi Tino,

das ist keine Zauberei.
Die Luft wird durch Bariumperoxid geleitet.
Dabei wird das CO₂ chemisch gebunden und gleichzeitig Sauerstoff freigesetzt.

BaO₂ + CO₂ --> BaCO₃ + 1/2 O₂

Gandalf

[Reinhard_Kern_4bc529]

Nehmen wir beispielsweise ein U-Boot auf langer Tauchfahrt.
Der Luft wird durch die Besatzung permanent Sauerstoff
entzogen, dafür kommt aber ein großes Quantum an Kohlendioxid
hinzu. Also muss die Atemluft aufbereitet werden.
…

Hallo,

eine mögliche Lösung hat Gandalf schon angegeben - und zwar für das tatsächliche Problem: der Anstieg von CO2 ist viel ernster als der Verlust von Sauerstoff. Aus jedem O2 wird ja gerade ein CO2, und der Anstieg von CO2 in den Prozentbereich ist längst tödlich, während man mit der Hälfte an Sauerstoff durchaus noch zurechtkommt.

Gruss Reinhard

[huddiHutzn]

Hi Gandalf,

gibt es denn auch einen Vorgang in dem aus BaCO₃ wieder BaO₂ wird?
Ich habe einfach mal ein bisschen gerechnet:

Ein Mensch verbraucht glaub ich im Durchschnitt so zwischen 9-14 liter Luft pro Minute. Ich rechne mal einfach mit 12 liter, da die Menschen in einem U-Boot ja bestimmt keine Riesen sind, aber bei der Marine auch eher nicht schmächtig .

Bei einer 50 Mann starken Besatzung sind das pro Tag
12*60*24*50 liter = 864 m³

Aus dieser Luft wird jetzt ein bestimmter Anteil von Sauerstoff in co₂ umgewandelt.
Anteil co₂ vorher: ca 0.4 % (volumen),nachher: ca 4%
d.h. 864m³*(4-0.4)%= 31,1m³co₂ Produktion pro Tag.

Das sind als Stoffmenge:

 p \* V
n=----------- unter T=294K und p=1.01\*10<sup>5</sup>Pa
 R \* T

n= 1285mol

==>also auch für BaO₂ 1285mol Verbrauch pro Tag.

das sind in Masse: m=n*M mit M=169gmol^-1

m= 217,2 kg

Wenn man das jetzt auf ein Jahr rechnet kommen schon 80 000kg
heraus. Wenn die Besatzung noch verdoppelt wird 160 000 kg.
Und in Stresssituationen verbaucht ein Mensch noch mehr-
also vielleicht 220 000 kg pro Jahr.
Das wär dann auch ein Volumen von V=
220000kg/(5*10^3kg/m^3)=44,4 m^3
Ist das realistisch?
, vielleicht hilfts ja auch das Ding unter Wasser zu bekommen.

fragende Grüße
Philipp

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]

[Rochus_Vondran_314353]

Hi phil
Ich erlaube mir einen kleinen Korrekturhinweis.

Ein Mensch verbraucht glaub ich im Durchschnitt so zwischen
9-14 liter Luft pro Minute.

ATMET, d.h. es werden nur ca. 20 % des eingesetzten Sauerstoffs verbraucht.
Bei Selbstrettungsgeräten, die nicht Sauerstoff erzeugen, sondern nur o₂ binden, rechnet man mit ca. 1 Liter Sauerstoff pro Minute.

Damit reduzieren sich Deine weiteren Rechnungen ( bei denen ich mal davonausgehe, sie seien richtig) um diesen Prozentsatz, was die Sache schon deutlich wahrscheinlicher macht.

Gruß Rochus

[huddiHutzn]

Hallo Rochus,

Was du schreibst ist ja richtig, habe ich aber berücksichtigt.
Die Atemluft besteht beim Ausatmen zu etwa 4% Volumen aus CO₂. Das sind eben diese ca 20 Prozent des Sauerstoff die gebunden werden.
Aber vielleicht habe ich mich ja im nachhinein irgendwo verrechnet?! Ich meine ich hab das Kohlenstoffdioxid jetzt als ideales Gas behandelt- aber das kann auch nicht diese Größenordnung ändern.

Gruß Philipp

[Bei dieser Antwort wurde das Vollzitat nachträglich automatisiert entfernt]