環境制御生命維持システムにおける物質循環モデルの作成

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CELSS内に植物生産モジュールを組み込む場合について、物質循環のシミュレーションモデルを作成し、物質収支を予測し、物理化学的処理または微生物処理に必要な機能と能力を算定することを試みた。今回は、植物生産モジュールと居住モジュールだけで構成される簡単な系でガス収支モデルを作成した。モデルでは人間のガス収支量、人間1人当たりの栄養所要量から求める作物の種類と必要栽培空間、作物ごとの生長モデル、および栽培期間を考慮している。栽培する作物の栽培量は、栄養所要量と生産効率に危険率を考慮して求め、イネ、ダイズ、レタス、トマト、ホウレンソウ、バレイショの6作物を候補とし、このうちイネ、ダイズ、レタスの3作物について生長モデルを作成した。成長モデルは既存の文献から適当なものを選び出し、これを制御環境条件下用に一部分修正して利用した。シミュレーションプログラムは、C言語で作成した。モデルでは、日単位で作物および人間のCO_2とO_2の吸収・排出量を計算した。本モデルの特長は、栽培領域を分割して管理する(移植と収穫の頻度を変える)という考え方である。作物ごとに、栽培ステージによってCO_2要求量およびO_2排出量が大きく変化することが予想されたので、栽培領域の分割数(移植と収穫頻度)とガス収支の関係を調べる計算を行った。CO_2濃度がある濃度を越える余剰分を除去するとした場合のCO_2除去量の変化を求めた例では、呼気で放出されるCO_2量が光合成による吸収量を上回りCO_2が余る状態傾向にあるが、分割数を増やすと除去すべきCO_2量の変動が抑さえられることが明らかになった。居住モジュールを含めた系でのCO_2の供給・除去量を計算した結果、作物ごとに栽培日数、生長ステージが異なるため、時期によってCO_2不足とCO_2余剰のどちらの状態も発生する可能性が示された。