¿Por qué la energía solar y nuclear es mejor para una base de Marte que algo como el carbón o el petróleo? ¿Serían los efectos ambientales positivos (recuerde, Marte apenas tiene atmósfera para empezar)?

Answer 1

La razón principal es que la atmósfera marciana es muy delgada y casi no tiene oxígeno. Nuestra propia atmósfera es aproximadamente 20% de oxígeno, pero la atmósfera marciana es cien veces más delgada y solo aproximadamente 0.13% de oxígeno. Por lo tanto, hay alrededor de diez mil veces menos oxígeno para trabajar.

El carbón y el petróleo requieren oxígeno para quemarse, por lo que estos serían combustibles ineficaces en Marte.

Sin embargo, hay una consideración secundaria: densidad de energía.

Las células solares producen energía a partir de la luz solar. Por lo tanto, si los transporta a Marte, puede usarlos para producir energía durante mucho tiempo. Este artículo:

¿Cuál es la vida útil de un panel solar? > INGENIERÍA.com

dice que los paneles solares se degradarán aproximadamente un 1% al año. Al evaluar [math] \ log {0.99} / \ log {0.5} = 68.97 [/ math], podemos ver que una célula solar tardaría alrededor de 70 años en reducir a la mitad la producción (suponiendo que la tasa de degradación sea un porcentaje constante ) Básicamente, la cantidad de energía que obtienes por la cantidad de masa que transportas es muy alta. Las mejores células solares comerciales actuales dan alrededor de [matemáticas] 175Wm ^ {- 2} [/ matemáticas] de potencia:

Panel solar – Wikipedia

Entonces, suponiendo que cualquier celda gaste aproximadamente la mitad de su vida en la oscuridad, eso es un promedio de aproximadamente [matemáticas] 85W [/ matemáticas] por cada metro cuadrado de panel, o más de [matemáticas] 110MJ [/ matemáticas] (megajulios) al año para primer año. Eso es alrededor de 4.5 kg de carbón a [matemáticas] 24MJkg ^ {- 1} [/ matemáticas].

Las células solares pueden pesar alrededor de [matemáticas] 10 kgm ^ {- 1} [/ matemáticas], por lo que no es difícil ver que en dos o tres años, las células solares vencen al carbón. Los desarrollados para el espacio suelen ser más ligeros y más potentes, pero puedes ver que para una misión de larga duración, el carbón es bastante pesado para la potencia que obtienes.

Las fuentes nucleares tienen una densidad aún mayor. Las centrales nucleares utilizadas en las naves espaciales suelen ser RTG:

Generador termoeléctrico de radioisótopos – Wikipedia

La densidad de potencia de un RTG de plutonio puede ser de [math] 500Wkg ^ {- 1} [/ math] con una vida media de alrededor de 90 años, lo que lo hace seis veces mejor con una vida útil ligeramente más larga que un panel solar. Sin embargo, por razones obvias, colocar Plutonio en una nave espacial que podría explotar no es una solución preferida, y los RTG solo se usan cuando se necesita mucha potencia en un paquete pequeño. ¡También están constantemente calientes y son muy ineficientes!

Finalmente, abordando los impactos ambientales de la quema de carbón o petróleo en Marte: la atmósfera de Marte es 95% de CO [matemáticas] _2 [/ matemáticas]. Quemar algo de carbón apenas haría mella en eso. He escuchado a personas hablar sobre inducir un efecto invernadero en Marte para permitir la terraformación, pero quemar cosas no es la forma de lograrlo: nuevamente, simplemente no hay oxígeno, y lo que se necesita (si es práctico) es mucho más gas, no un cambio en la composición de la escasa atmósfera que existe ahora.

Hay otros desafíos importantes, y si estás interesado te recomiendo

Terraformación de Marte – Wikipedia

Answer 2

Las razones obvias ya se han enumerado.

1. No se conocen depósitos de combustibles fósiles.
2. No hay suficiente oxígeno para quemarlos.

De las otras opciones, reactores nucleares y energía solar, cada uno tiene beneficios y limitaciones.

Los reactores tienen un gran potencial de energía por libra de combustible, pero son bastante pesados ​​debido a los extensos requisitos de blindaje.

Se ha realizado bastante investigación sobre pequeños reactores para el espacio. Aquí hay un enlace a un artículo relevante:

Reactores Nucleares para el Espacio

Debería ser posible aterrizar un módulo de núcleo de reactor desnudo sin alimentar. Luego use materiales locales para construir una estructura de contención. Las pastillas o varillas de combustible se enviarían por separado y se cargarían en el sitio.

La base inicial probablemente tendrá algún tipo de reactor para proporcionar soporte vital básico hasta que se puedan configurar otros sistemas.

La energía solar es atractiva, porque puede recolectar energía de forma “gratuita” una vez que el sistema está configurado.

Me imagino que se usarán tanto celdas solares como concentradores solares térmicos. Una estación de energía solar térmica probablemente será más rentable en términos de potencia y peso. Sin embargo, las células solares se están volviendo más eficientes y más ligeras.

Marte tiene clima! También vientos de alta velocidad y tormentas de polvo. Los sistemas de energía solar tendrían que protegerse y las celdas o espejos se mantendrían limpios.

Marte tiene enormes tormentas de polvo, que a veces duran meses. Entonces este sería un gran problema para la energía solar.

Un reactor no tiene este problema.

En cualquier caso, la energía generada se utiliza para proporcionar soporte vital y combustible, al dividir el agua y almacenar el hidrógeno y el oxígeno.

Esto requeriría construir la base cerca de una fuente de agua.

Es posible dividir CO2 con bastante buena eficiencia. La atmósfera en Marte es 95% de CO2. El resultado es oxígeno y monóxido de carbono. Esto podría ayudar a producir oxígeno, si el agua es escasa. El CO sobrante puede convertirse en hidrocarburo, pero luego necesita una fuente de hidrógeno, por lo que vuelve a necesitar una fuente de agua.

Aún así, incluso si no es tan eficiente, aún puede obtener oxígeno de la atmósfera si es necesario.

Una vez que te mudas de una base de Marte a una colonia de Marte, entonces tienes un conjunto completamente nuevo de problemas y posibles soluciones.

Enviar todo lo necesario para una colonia desde la Tierra sería prohibitivamente costoso. La colonia tendrá que comenzar de a poco y “arrancar” en sí misma.

Entonces, ahora necesita aún más potencia para administrar las granjas, fábricas y laboratorios. Esencialmente, necesitará crear una infraestructura completa desde cero. Entonces, de alguna manera, debo construir una central eléctrica para alimentar una fábrica que construye centrales eléctricas. ¡Se complica rápidamente!

Hay uranio y otros elementos radiactivos en Marte, aunque posiblemente no hay muchos minerales concentrados. En la Tierra, estas concentraciones se forman principalmente a través de procesos hidrotermales. El uranio es generalmente bastante soluble, por lo que es posible que si se encuentran fuentes de agua subterránea en Marte, el uranio y otros metales esenciales se puedan extraer a través de microorganismos modificados.

Biomining – Wikipedia

Por supuesto, la mayor parte de este uranio no es radiactivo, por lo que se necesitarían “reactores reproductores” para convertirlo en combustible.

Aún así, veo un papel importante para la energía nuclear en una colonia, junto con la energía solar. Los diseños seguros de los reactores y la poca atmósfera o hidrología hacen que esta opción sea mucho más segura.

Todavía habrá problemas con los desechos radiactivos, pero el aislamiento de estos del medio ambiente debería ser más fácil que en la Tierra.

Debido a que Marte tiene poca atmósfera para protegerlo de la radiación cósmica, la colonia probablemente estará casi completamente bajo tierra, o al menos protegida por gruesas bermas de roca nativa.

Trabajar en la superficie será peligroso, y probablemente lo hagan robots semiautónomos.

En muchos sentidos, una colonia de Marte enfrentará los mismos problemas que Space Habitats, e imagino que ambos se construirán al mismo tiempo.

El uso de técnicas de construcción “modulares” ayudará. Construir la primera colonia o hábitat será muy costoso. Pero una vez construidos, los centros de fabricación autónomos deberían poder reproducir los módulos necesarios para clonarse.

Por supuesto, algunas colonias (basadas en el planeta o el espacio) pueden optar por producir productos o módulos especializados para comerciar con otras colonias.

Algunas colonias pueden optar por ser principalmente agricultura, por ejemplo, y obtener sus productos electrónicos, o metales pesados ​​o traza, de una colonia que es más eficiente en su producción.

Traer cosas a Marte es mucho menos costoso que sacar cosas de Marte, debido a la gravedad. Por lo tanto, las cosas que Marte envía del planeta probablemente serán de alto valor y ligeras, como la electrónica o las tierras raras. La transferencia entre colonias espaciales no es tan costosa, aunque el potencial de energía entre el sistema interno y el externo requerirá algún tipo de propulsión barata.

Los módulos de transporte atomónicos pueden usar velas solares, o propulsión de iones impulsada por reactor, para mover la carga. Sin tener que proporcionar soporte vital para una tripulación, estos módulos podrían ser bastante eficientes en el transporte de material que no es sensible al tiempo o que se daña fácilmente con la radiación.

Probablemente, debido a la radiación en el espacio, lo más caro para moverse por el sistema serán las personas u otros seres vivos. Probables asteroides de cruce de la Tierra, o hábitats con órbitas similares se utilizarán para mover a las personas dentro o fuera del sistema. Las pequeñas cápsulas rápidas llevarán a las personas hacia y desde los hábitats, donde vivirán (¿y trabajarán?) Durante la duración de su viaje. Solo los extremadamente ricos, o los gobiernos, podrán permitirse un cohete rápido.

Es posible que se construyan hábitats fuera del sistema para facilitar el acceso a los recursos en los asteroides, o en las lunas joviana o saturna. Luego, se movió dentro del sistema para aprovechar la mayor concentración de energía solar.

Mover algo tan grande como un Hábitat espacial será costoso en energía y es probable que sea un proceso bastante lento. Pero aún puede ser rentable hacerlo.

Podría continuar, pero probablemente debería trabajar en algo más productivo que noodling …

Gracias por el Q2A.

Answer 3

Para empezar, porque el carbón, el petróleo y otros hidrocarburos son solo fuentes de energía porque la atmósfera de la Tierra está llena de oxígeno y estos combustibles se queman por oxidación química.

Al oxígeno le gusta combinarse con todo tipo de otros elementos, por lo que hay muy poco oxígeno libre y sin reaccionar en cualquier lugar que no sea constantemente bombeado, digamos, por la vida.

Por lo tanto, el carbón y el combustible son fuentes de energía pobres para Marte porque tendrías que llevarlos allí desde la Tierra junto con todo el oxígeno necesario para reaccionar. Podrías importar otros hidrocarburos de algunas de las lunas de Saturno y Júpiter, pero igualmente serían inútiles sin un suministro de oxígeno.

Por lo tanto, es mucho mejor producir oxígeno localmente. En Marte, en teoría puedes producir oxígeno y carbono (carbón) a partir del CO2 en la atmósfera. Pero eso requiere energía, la misma cantidad de energía que obtendrás al quemar el sintofarma más los gastos generales. Por lo tanto, es mejor usar la energía directamente, en lugar de malgastarla y hacer combustible para obtener energía.

Eso nos deja donde empezamos. ¿Dónde podemos obtener energía para actividades en Marte sin tener que transportar cantidades industriales de carga pesada desde la Tierra?

Las opciones obvias son solar, nuclear y eólica. De estos, solar y nuclear y los mejores candidatos. La atmósfera marciana es muy, muy delgada, la turbina eólica sería muy grande y pesada. Es mejor esperar hasta que pueda fabricarlos localmente, utilizando metales refinados y forjados del suelo local, utilizando energía solar, o más probablemente, energía nuclear.

Answer 4

Cuesta miles de millones enviar a UNA persona al espacio que pesa aproximadamente 70 kg. Luego está el equipo, el soporte vital, la comida, el agua (que literalmente pesa toneladas), el transbordador para transportarlo todo, el combustible, etc. Para enviar a una persona al espacio, necesitamos enviar muchas otras cosas. Todo esto se suma y cualquier exceso de peso significa más costos de combustible. El combustible para cohetes ciertamente no es barato. ¡Y luego están los costos de combustible de transportar ese combustible también! El combustible pesa mucho cuando necesitas llevar una nave al espacio.

Por lo tanto, cada vez que enviamos a alguien al espacio necesitamos pensar en la eficiencia. La energía utilizada para alimentar las estaciones espaciales en órbita proviene de la energía solar. R: porque hay mucho por ahí (no hay nubes en el espacio, por lo que no se absorbe nada de la radiación solar). B: no necesitamos llevar el combustible hasta allí (porque el sol ya está ahí afuera).

En el caso del carbón o el petróleo, A: tenemos que transportar cientos de toneladas hasta Marte, que necesitará ejecutar varias misiones, B: ya nos estamos quedando sin él, así que ¿por qué usarlo? millones de toneladas más para enviarlo al espacio, C: las centrales eléctricas que queman carbón son increíblemente ineficientes (aproximadamente 30% de eficiencia), por lo que necesitaríamos mucho más para alimentar la colonia, D: las misiones de reabastecimiento se volverían más frecuentes a medida que la colonia crezca así como una demanda de energía. TAMBIÉN EL ACEITE ES EXTREMADAMENTE INFLAMABLE !!!!! los lanuches de lanzadera a veces fallan y el cohete explota. Si el cohete transportara millones de toneladas de petróleo … Realmente no quisiera ser responsable de la limpieza.

Entonces, ¿por qué la energía solar es una buena idea? Bueno, para empezar, no necesitamos llevarlo allí, el sol envía mucho cada segundo. Por lo tanto, no hay costos de envío, solo necesitamos el equipo para explotar los recursos. No necesitaremos ningún suministro para los próximos 5 mil millones de años, a menos que el sol decida acostarse temprano.

La energía nuclear también es una buena idea porque es extremadamente densa en energía (40 veces más energía en 1 kg de uranio que el carbón), por lo que se requiere menos. Podemos enviar algunos junto con la misión inicial para usar como un amortiguador de energía hasta que el sistema se convierta para funcionar únicamente con energía solar y renovable.

Answer 5

Bueno, en parte … se necesitaría miles de veces más energía para llevar el carbón y el petróleo a Marte de lo que se obtendría del carbón y el petróleo en Marte. Ya hay mucho dióxido de carbono en una de las capas de hielo polar. Finalmente, poner mucho CO2 no es suficiente para hacer que Marte se caliente o sea habitable. Sería temporal ya que Marte es incapaz de proteger la atmósfera recién creada para que no se vuelva a quitar.

Si solo quieres ESTAR en Marte, quieres que tu energía provenga de allí … y eso será principalmente por energía solar (aunque, incluso al mediodía, la intensidad solar es similar a la del anochecer para nuestros ojos … pero aún es suficiente para ejecutar máquinas).

Answer 6

Hasta donde sabemos, no hay carbón ni petróleo en Marte.

Lo que significa que si quisiéramos usar esos dos combustibles para una base de Marte, tendríamos que traerlo de la tierra. Y el oxígeno que necesitaríamos para reaccionar con esos combustibles. (Oxígeno que también necesitamos para otras cosas en una base de Marte …)

Lo cual es prohibitivamente caro.

También tuvimos que traer combustibles nucleares de la tierra, pero su relación energía-masa es mucho mayor, lo que significa que tenemos que transportar mucho menos, a un costo mucho menor.

Y la energía solar ya está disponible en Marte (aunque menos que en la Tierra) y, por lo tanto, no sería necesario transportarla.

Answer 7

Muchas rasones.

Número uno: cualquier fuente de energía que depende del fuego (como lo hacen las plantas de energía de petróleo y carbón) usa oxígeno. El oxígeno es muy escaso en Marte, y si los humanos estuvieran allí, no sería práctico para ellos usar mucho oxígeno solo para generar energía.

Número dos: el carbón y el petróleo son combustibles fósiles, derivados de los restos de plantas antiguas. No tenemos evidencia firme de que Marte haya tenido vida vegetal alguna vez, por lo que es casi seguro que no haya depósitos de carbón o petróleo en Marte.

En teoría, podríamos ENVIAR naves espaciales llenas de carbón a Marte, pero una vez más, también tendríamos que enviar el oxígeno necesario para quemar ese carbón, y eso es un desperdicio.

Lo que es más, la única razón por la que el carbón tuvo sentido para usar aquí en la tierra es porque hay grandes cantidades subterráneas. Cada libra de carbón realmente no produce tanta energía, pero tenemos TANTAS libras de ella que la usamos de todos modos.

Por el contrario, el uranio y / o el plutonio (para un reactor nuclear) producen grandes cantidades de energía por libra.

Answer 8

El carbón es el producto de extensos bosques en la Tierra en los tiempos de los Pérmicos y Carboníferos. Para tener bosques hay que tener vida. Marte probablemente nunca ha tenido vida.

El petróleo es el producto de los pantanos llenos de algas. Para tener algas tienes que tener vida. Marte probablemente nunca ha tenido vida.

¿Vas a enviar 5.000 toneladas de carbón a Marte cada pocas semanas para mantener funcionando incluso una modesta central eléctrica? ¿Y con qué vas a quemar este carbón? ¿El oxígeno inexistente de la atmósfera marciana?

Así es como se ve una carga de tren de aproximadamente 5,000 toneladas de carbón, transportada por tres locomotoras eléctricas de 4,000 caballos de fuerza.

Por cada 1.200 toneladas de carbono que quema, necesita 3.200 toneladas de oxígeno. Marte no tiene tanto oxígeno. Ya tiene mucho dióxido de carbono y nitrógeno, que desafortunadamente no se combinan con carbón o petróleo.

Toda el agua está congelada. Entonces, ¿qué alternativas tienes?

Answer 9

¿Dónde encontrarías carbón o petróleo en Marte? ¿Dónde encontrarías oxígeno para quemarlo?

Tendrías que traer ambos desde casa. Una gran parte de lo que se necesita para la energía solar y / o nuclear es poder producir combustible para cohetes allí, en lugar de tener que traerlo. El petróleo y el oxígeno ya son combustible para cohetes.

¿Pero no tendrán que traer también paneles solares o reaktors?

Sí, por supuesto, pero los paneles solares no son combustible. La energía proviene del sol, no se agotan, por lo que continúan proporcionando energía durante años, sumando mucha más energía que el mismo peso en el petróleo. El combustible nuclear se agota, pero contiene aproximadamente diez millones de veces más energía por kg que los combustibles químicos.

Answer 10

Si toma algún combustible tradicional, también debe tomar el oxígeno para quemarlo.

Esto es un desperdicio, ya que la luz solar ya se entrega de forma gratuita en cantidades abundantes; El combustible nuclear también tiene ventajas, ya que no requiere luz solar ni oxígeno para generar energía.

Answer 11

P: ¿Por qué la energía solar y nuclear es mejor para una base de Marte que algo como el carbón o el petróleo? Los efectos ambientales serían positivos (recuerde, Marte apenas tiene atmósfera para empezar).

Bueno, si hay carbón o petróleo en Marte, lo que probablemente no haya, indicaría que hubo una vez al menos vida primitiva allí. Esta sería una gran noticia, y probablemente sería mejor no perturbar los depósitos hasta que hayamos aprendido lo que podamos de ellos, lo que podría ser, en términos técnicos, un montón de hellava.

De todos modos, si estás enviando una misión a Marte, no dependes de maybes, te aseguras de que tu tripulación pueda sobrevivir durante la misión y eso significa llevar todo lo necesario para su supervivencia con ellos.

Answer 12

Ion Harvesting es la mejor solución para la energía eléctrica confiable durante todo el día en Marte. Pronto oirás mucho al respecto. Puedes verlo buscando en Google Ion Power Group.

Answer 13

Tendría que transportar estas cosas a Marte en el primero para ser rápidamente utilizado, los paneles solares de alta calidad, los parques eólicos y la energía nuclear durarán mucho tiempo. Aunque la energía nuclear no será lo primero allí

Answer 14

Porque el carbón y el petróleo casi ciertamente no existen en Marte, y sería prohibitivamente costoso transportarlos allí.

Answer 15

¿Dónde vas a encontrar carbón y petróleo en Marte? La única forma de conseguirlo allí sería enviarlo desde la Tierra, que es el único planeta en nuestro sistema solar que tiene estos productos. Y eso sería prohibitivamente caro, por decir lo menos.

Answer 16

La falta de oxígeno evitaría la combustión, a menos que desee llevar su motor productor de dióxido de carbono que quema carbón a su tienda con usted.

Answer 17

La atmósfera de Marte es demasiado delgada con muy poco oxígeno para soportar la quema de carbón o petróleo, incluso si fuera práctico llevar el carbón y el petróleo a Marte.