Gase und Mischungen: Atemluft, Gasmischer, Teildruck

Die Luft in deiner Basis ist fast nie ein reines Gas. Sie ist eine Mischung, und jedes Gas darin hat seine eigene Rolle: Eines hält dich am Leben, eines brennt, eines vergiftet dich, eines füllt nur den Raum. Dieser Artikel zeigt, wie du mit Mischungen rechnest und wie du Atemluft gezielt herstellst. Die Grundlagen zu Druck und Gasgleichung stehen in Atmosphäre und Druck.

Die wichtigsten Gase und ihre Rollen#

Gas	Rolle im Spiel	Wärmekapazität J/(mol·K)
Sauerstoff	Atemgas, Oxidationsmittel	21,1
Stickstoff	neutrales Füllgas	20,6
Kohlendioxid	nicht giftig, nicht brennbar	28,2
Flüchtige Stoffe (Methan)	Brennstoff, giftig	20,4
Wasserstoff (Hydrogen)	Brennstoff	20,4
Schadstoff	giftig	24,8
Distickstoffoxid	Oxidationsmittel	37,2
Wasserdampf (Steam)	kondensiert zu Wasser	72

Giftig sind im Spiel Schadstoff, Flüchtige Stoffe, Hydrazin, Silanol und Salzsäure. Kohlendioxid gehört nicht dazu – es wird nur gefährlich, wenn es den Sauerstoff verdrängt.

Teildruck: der Wert, der zählt#

In einer Mischung trägt jedes Gas seinen Anteil zum Druck bei. Der Teildruck eines Gases ist sein Anteil mal der Gesamtdruck:

• p(Gas) = Anteil × Gesamtdruck

Für dich als Spieler entscheiden Teildrücke fast alles:

• Atmen: Die Atemleistung ist der Sauerstoff-Teildruck geteilt durch 16 kPa, begrenzt auf 0 bis 1,5. Ab 16 kPa Sauerstoff atmest du voll.
• Gift: Ab 0,5 kPa Teildruck eines giftigen Gases gibt es eine Warnung, ab 1 kPa Schaden.
• Gesamtdruck: Für Atemluft gilt 20 kPa als Untergrenze und 607,95 kPa als Obergrenze.

Ein Beispiel: Normale Atemluft mit 22 % Sauerstoff bei 101 kPa hat 22 kPa Sauerstoff – genug. Dieselbe Mischung bei 60 kPa hat nur 13,2 kPa, also rund 83 % Atemleistung. Umgekehrt reichen bei 50 kPa Gesamtdruck schon 32 % Sauerstoff für volle Atmung.

Der Gassensor liefert Anteile als Zahl zwischen 0 und 1 (RatioOxygen 0,22 heißt 22 %). Für den Teildruck multiplizierst du ihn mit Pressure.

Atemluft planen#

Rechne zuerst die Gesamtmenge aus. Ein Raum aus vier Zellen (32 000 L) braucht bei Normaldruck und 20 °C:

• n = 101,325 · 32 000 / (8,3144 · 293,15) ≈ 1330 mol

Mit 22 % Sauerstoff sind das rund 293 mol Sauerstoff und 1037 mol Stickstoff.

Woher die Gase kommen können:

• Eis (Oxit) gibt beim Schmelzen 22,5 mol Sauerstoff und 2,5 mol Stickstoff. 13 Stück liefern also die 293 mol Sauerstoff.
• Eis (Nitrit) gibt 22,5 mol Stickstoff, aber auch 2,5 mol Lachgas. Lachgas ist ein Oxidationsmittel; filtere es heraus, bevor das Gas in den Raum geht.
• Ein Stück Wassereis bringt neben 20 mol Wasser auch 5 mol Stickstoff mit.
• Aus Mischungen holst du einzelne Gase mit einer Filtration und den passenden Filtern, etwa Filter (Sauerstoff) oder Filter (Stickstoff).

Der Gasmischer#

Der Gasmischer führt zwei Gasströme zu einem zusammen. Setting von 0 bis 100 ist der Anteil von Input in Prozent, Input2 liefert den Rest – bei 100 kommt nur Input durch, bei 0 nur Input2.

Der Spielcode rechnet dabei in Mol: Je Takt nimmt der Mischer aus jedem Eingang die Menge, die dessen Anteil von 200 kPa in 10 Litern bei der Temperatur dieses Eingangs entspricht. Daraus folgt dreierlei:

• Der Eingangsdruck spielt keine Rolle für das Verhältnis. Druckregler vor den Eingängen brauchst du dafür nicht.
• Die Temperatur schon. Bei gleich warmen Eingängen ist Setting genau der Stoffmengenanteil. Ist ein Eingang kälter, liefert er mehr Mol: Setting 22 mit Sauerstoff bei 293,15 K und Stickstoff bei 273,15 K ergibt (22 / 293,15) / (22 / 293,15 + 78 / 273,15) ≈ 20,8 % Sauerstoff.
• Läuft ein Eingang leer, steht der Mischer, statt eine falsche Mischung zu liefern.

Den Druck am Ausgang regelt er nicht – er schiebt sogar gegen höheren Druck weiter, bei 20 °C mindestens rund 0,82 mol je Takt. Schalte ihn deshalb per IC10 ab, sobald ein Rohr-Analysator am Ausgang den Zieldruck meldet. Mehr Einzelheiten stehen beim Gerät.

Ohne Mischer: zwei Lüftungen und ein Chip#

Oft einfacher ist es, Sauerstoff und Stickstoff über zwei getrennte aktive Lüftungen direkt in den Raum zu geben und den Teildruck mit einem Chip zu regeln. Das Programm unten hält den Sauerstoff zwischen 19 und 22 kPa und füllt Stickstoff nach, bis der Raum 100 kPa erreicht. Über 105 kPa schaltet es beide Lüftungen ab.

# Atemluft halten: O2-Teildruck und Gesamtdruck
define SENSOR -1252983604      # Gassensor (StructureGasSensor)
define LUEFTUNG -1129453144    # Aktive Lueftung (StructureActiveVent)
define NSENSOR HASH("Sensor Wohnraum")
define NO2 HASH("Zuluft O2")   # Lueftung am Sauerstoffnetz
define NN2 HASH("Zuluft N2")   # Lueftung am Stickstoffnetz
define O2MIN 19                # kPa O2, darunter nachfuellen
define O2MAX 22                # kPa O2, darueber aufhoeren
define PMIN 95                 # kPa gesamt, darunter N2 nachfuellen
define PZIEL 100               # kPa gesamt, Ziel fuer N2
define PMAX 105                # kPa gesamt, absolute Obergrenze
alias druck r0
alias anteil r1
alias po2 r2
alias o2an r3
alias n2an r4
alias tmp r5

sbn LUEFTUNG NO2 Mode 0        # 0 = Outward, setzt Zieldruecke zurueck
sbn LUEFTUNG NN2 Mode 0
yield                          # Modus greift erst nach dem Takt
sbn LUEFTUNG NO2 PressureExternal PMAX
sbn LUEFTUNG NN2 PressureExternal PMAX
start:
yield
lbn druck SENSOR NSENSOR Pressure 0
bnan druck start               # kein Sensor mit diesem Namen
lbn anteil SENSOR NSENSOR RatioOxygen 0
mul po2 anteil druck           # Teildruck = Anteil * Gesamtdruck
# --- 1. Sauerstoff mit Hysterese ---
slt tmp po2 O2MIN
select o2an tmp 1 o2an
sgt tmp po2 O2MAX
select o2an tmp 0 o2an
# --- 2. Stickstoff mit Hysterese ---
slt tmp druck PMIN
select n2an tmp 1 n2an
sgt tmp druck PZIEL
select n2an tmp 0 n2an
select n2an o2an 0 n2an        # solange O2 laeuft, kein N2
# --- 3. Obergrenze ---
sgt tmp druck PMAX
select o2an tmp 0 o2an
select n2an tmp 0 n2an
sbn LUEFTUNG NO2 On o2an
sbn LUEFTUNG NN2 On n2an
j start

So liest du es:

1. Die Zeilen vor start: laufen nur einmal. Sie stellen beide Lüftungen auf Outward und begrenzen ihren Zieldruck. Erst Mode, dann ein yield, dann den Druck schreiben: Das Setzen des Modus überschreibt bei der aktiven Lüftung beide Zieldrücke, und laut Spielcode führt das Spiel diesen Wechsel erst nach dem Chip-Takt aus. Ein Druck, der im selben Takt direkt nach Mode geschrieben wird, wäre danach wieder weg.
2. mul rechnet aus Anteil und Gesamtdruck den Sauerstoff-Teildruck.
3. Die select-Paare bilden je eine Hysterese, damit die Lüftungen nicht im Takt flattern. Mehr dazu in der Akademie: Hysterese.

Steigt der Gesamtdruck dauerhaft über 105 kPa, muss etwas anderes Gas abführen, etwa eine Filtration für Kohlendioxid.

Temperatur beim Mischen#

Das Spiel speichert die Wärme eines Gases als Energie: Wärmekapazität × Menge × Temperatur. Beim Mischen addieren sich die Energien. Die Mischtemperatur ist deshalb ein gewichteter Mittelwert:

• T = (n₁ · c₁ · T₁ + n₂ · c₂ · T₂) / (n₁ · c₁ + n₂ · c₂)

Ein Beispiel: 100 mol Sauerstoff mit 273 K treffen auf 300 mol Stickstoff mit 303 K.

• T = (100 · 21,1 · 273 + 300 · 20,6 · 303) / (100 · 21,1 + 300 · 20,6) ≈ 295,4 K

Gase mit hoher Wärmekapazität ziehen die Mischtemperatur stärker zu sich. Wasserdampf mit 72 J/(mol·K) wiegt mehr als dreimal so schwer wie Stickstoff.

Wohin weiter#

• Filtration: Gase trennen, Filter wechseln, Abfallgase loswerden – Gase trennen und Abfallgase loswerden
• Pumpen, Ventile und Druckregler: welches Bauteil wofür – Regler und Ventile für die Versorgung
• Elektrolyse und Wasser: Sauerstoff und Wasserstoff gewinnen – Sauerstoff aus Wasser gewinnen
• Alle Stoffwerte und Phasendiagramme: Gase, Rechner: Gas-Rechner
• IC10-Grundlagen: IC10-Akademie