随着人类活动迈向“极端环境”——如深海空间站、月球或火星基地,其密闭生态系统内的废物处理与资源循环成为核心挑战。在这些高度受限的环境中,“生石灰”因其高反应活性和多功能性,在“生命支持系统”的“闭环生态”概念设计中,被赋予全新的使命,核心是实现废物的彻底“废物矿化”。

在遥远的异星或深海基地,任何物质都极其宝贵,传统的“排放”概念不复存在。生石灰可以作为一个核心的化学处理单元,处理多种废弃物:
- 人体代谢废物:尿液和粪便中含有大量的水、氮、磷和有机物。生石灰可以与它们混合,其放热反应能快速杀灭病原体,并通过强碱性环境将尿素水解,固定氨气。反应后的残渣富含钙、磷、氮,经过进一步处理,可作为人工土壤的改良剂或植物营养液的来源。
- 有机生活垃圾:食物残渣等有机废物可与生石灰混合进行高温湿式氧化,大幅减容,并将其中的碳、氢、氧元素转化为CO₂、水和小分子有机物,这些产物可以回用于植物栽培或其它化学合成。
- CO₂的集中处理:舱内空气中积累的CO₂可以被引导通过生石灰固定床,生成碳酸钙,实现空气净化。随后,碳酸钙可以被集中加热分解,再生出生石灰并回收CO₂。CO₂可用于植物光合作用或合成甲烷等燃料,从而实现碳的循环。
这个过程的核心是“废物矿化”,即将流动的、不稳定的有机废物和气体,转化为稳定的、易于储存或再利用的无机固体(如磷酸钙、碳酸钙)。生石灰在此扮演了“化学枢纽”的角色,它将废物处理、空气净化和资源回收等多个子系统连接起来,推动了系统向更高的质量闭合度迈进。

尽管面临能耗和系统集成等挑战,但这一概念设计展现了生石灰作为一种基础化学工具,在支撑人类成为跨星球物种的宏伟征程中,可能发挥的不可替代的战略作用。