[image]

Кислород из реголита - конкурс NASA

Теги:космос
 

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
http://www.ostankino.ru/news/text-1775.html

НАСА объявило конкурс "Лунный реголит кислород" и обещает приз 250 тысяч долларов команде ученых, которая сможет предложить практичный способ извлечения кислорода из лунного грунта, который понадобится человеку при длительном пребывании на земном спутнике. Это предложение действительно до 1 июня 2008 года, и претендентам потребуется в ходе испытаний извлечь за рабочий день из искусственного лунного грунта 5 кг кислородсодержащей смеси, пригодной для дыхания. По всей видимости, путь к ответу лежит в сочетании температурных перепадов и химических реакций.

Надеюсь, что кто-нибудь конкурс выиграет :) Желательно, с машинкой производительностью не жалкие 5 кг, а тоннами :D
   

au

   
★★☆
За 250 тысяч, ага... :)
В президентском™ проекте на $1е11+ отслюнявили 250 тысяч на задачу, которая даже при самом минимальном успехе сэкономит на порядки больше.
   

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆

Новости науки: новый антибиотик, дефицит фосфора и чем дышать на Луне

В свежей подборке научных новостей недели: найден новый мощный антибиотик, лауреат Нобелевской премии о невозможности колонизации экзопланет, в мире заканчивается фосфор. //  www.bbc.com
 
Как можно извлечь кислород из лунного грунта

Луна, как всем теперь известно, не обладает заметной атмосферой. Однако геохимики знают, что верхний слой лунной поверхности - так называемый реголит - очень богат кислородом на атомарном уровне. Недавно ученые предложили экономичный способ извлечения этого газа.

Благодаря анализу доставленных с Луны проб грунта мы знаем, что 40-45% веса реголита составляет кислород - этого элемента в лунном грунте больше всего.

"Кислород - чрезвычайно ценный ресурс, но дело в том, что он присутствует в грунте в составе различных оксидов или стекла, поэтому его надо извлекать", - говорит химик Бет Ломакс из Университета Глазго в Шотландии.

Образцы лунного реголита, доставленные на Землю американскими астронавтами еще в 1970-е, считаются большой редкостью, но ученым удалось создать их синтетические аналоги, которые были использованы в данном исследовании.

Ранее делались попытки извлечения кислорода из таких пород, за счет обработки окислов железа водородом с целью получения воды, которая затем подвергалась бы электролизу для получения кислорода. Однако эти методы были либо низкопродуктивными, либо, слишком сложными, либо требовали таких высоких температур, при которых реголит плавится.

Ломакс предлагает миновать стадию восстановления воды из окислов и переходить непосредственно к электролизу измельченного в порошок реголита.

"Мы применили метод электролиза солевых расплавов. Это первый пример такого прямого воздействия на реголит, который извлекает из него практически весь кислород", - говорит Ломакс.

Сначала аналог реголита помещается в сетчатую корзину, куда добавляется жидкий электролит - хлористый кальций. Затем эта смесь разогревается до 950 градусов - температуры, при которой реголит не плавится. Затем через смесь пропускается электрический ток. В результате электролизной реакции выделяется кислород, а соли металлов притягиваются анодом, где их легко удалять.

За 50 часов удалось выделить 96% кислорода, содержавшегося в образце грунта, однако 75% кислорода было собрано за первые 15 часов. Помимо этого процесс давал также порошок с высоким содержанием разных легких металлов в виде сплавов различных металлов - железа-алюминия, железа-кремния и кальция-кремния-алюминия.

Открытие означает, что этот метод окажется весьма полезным даже в том случае, если удастся добывать воду и кислород из ископаемого льда, который, вероятно, присутствует в кратерах на полюсах Луны.

"Этот процесс предоставит будущим лунным колонистам источник кислорода, а также широкий круг металлических сплавов для применения в строительстве и промышленном производстве", - говорит сотрудник Европейского космического агентства Джеймс Карпентер, который занимается долгосрочным планированием лунных исследований.

Статья об этом опубликована в журнале Planetary and Space Science.
 
   51.051.0

Xan

координатор

> а соли металлов притягиваются анодом, где их легко удалять.

Какие, нахер, "соли", борзописцы дебильные!
Какой "притягиваются анодом"?

Ну и не сказано, откуда возьмётся на Луне хлористый кальций.
И из чего анод и как быстро он расходуется.

А так-то электролиз я уже давно предлагал! :D
   66

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
Xan> Ну и не сказано, откуда возьмётся на Луне хлористый кальций.

Как и водород или др. в других технологиях.
"А у нас с собой было".
Привозится (благо надо не особо много) и рециркулируется.
   51.051.0
+
-
edit
 

Alexandrc

аксакал

http://www.bbc.com> Сначала аналог реголита помещается в сетчатую корзину, куда добавляется жидкий электролит - хлористый кальций. Затем эта смесь разогревается до 950 градусов - температуры, при которой реголит не плавится.

Ну кто так переводит? :facepalm:
Э? Раз CaCl2 жидкий, то может корзина с реголитом опускается в его расплав?
Собственно как на картинке в исходной статье и нарисовано.
   78.0.3904.10878.0.3904.108

Xan

координатор

Fakir> Привозится (благо надо не особо много) и рециркулируется.

Ага, ага, щаззз:

Approximately a third of the total oxygen in the sample was detected in the off-gas, with the remaining oxygen being lost to corrosion of the reactor vessel.

А потом эту кастрюлю рециркулировать!!! :D

Я-то в марсианском треде нечто более выгодное предлагал.
В смысле рециркуляции.
   66

spam_test

аксакал

Xan> Ну и не сказано, откуда возьмётся на Луне хлористый кальций.
А ели то же само на марсе?
   73.0.3683.10573.0.3683.105

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
Xan> Ага, ага, щаззз:
Xan> Approximately a third of the total oxygen in the sample was detected in the off-gas, with the remaining oxygen being lost to corrosion of the reactor vessel.
Xan> А потом эту кастрюлю рециркулировать!!! :D

Дык, первая проверка принципа. "Я его слепила из того, что было". Дальше можно пробовать оптимизировать.
Конечно, должна быть рециркуляция любых привозных промежуточных компонент, иначе всё теряет смысл.
   51.051.0

Xan

координатор

Fakir> Дык, первая проверка принципа.

Ну так печи для получения кремния десятки лет выдают килотонны кремния.
Что там пробовать?

Надо только три процесса в кольцо закольцевать.
Потери могут быть только углерода и водорода. Ну, "пробки тщательнее затыкать!"
А для Марса небольшие потери вообще не проблема, они вокруг есть.

А у этих изобретателей используются дефицитные олово и хлор.
Их из шлака выковыривать будет трудно. Для рециркуляции.
   66

Naib

опытный

Некое рациональное зерно есть, но есть и ряд но...

Первое
Нужны инертные аноды. Вот до сих пор хз какие. О них же давно мечтают и в электролизе алюминия, дабы не горели угольные блоки, а из электролизёра пёр чистый кислород (с живительной примесью фтора). И хотя сообщения о них периодически появляются, но... по прежнему палят углерод. Без них идея мертворожденная.

Второе
Вообще - это область кальциетермического восстановления металлов. Оксиды реагируют с металлическим кальцием, который образуется на катоде и диффундирует к сырью. Проще всего сырьё и сделать катодом. Так даже был получен вполне приличный титан. НО ;) Неизбежно загрязняется электролит. Комплексы железа и алюминия, хлорид магния и так далее, и это не считая чисто механических загрязнений порошком реголита.
Растёт вязкость, начинаются побочные процессы и электролит требует переработки. В общем, тоже не подарок.

Ну и третье.
Электроэнергия - это потери от 80 до 60% энергии падающего света. Расточительно. Чисто термические процессы предпочтительнее.
   78.0.3904.9778.0.3904.97

Xan

координатор

Naib> Нужны инертные аноды. Вот до сих пор хз какие. О них же давно мечтают и в электролизе алюминия, дабы не горели угольные блоки

Углерод в анодах сгорает в углегаз;
Из него с водородом делают воду и метан;
Из воды электролизом кислород;
Метан разлагают на углерод.
И всё, цикл углерода замкнут.

Naib> Растёт вязкость, начинаются побочные процессы и электролит требует переработки.

Электролиз расплава грунта без добавок не пойдёт?
Немножко повыжимали кислород, остальное выбросили.
   66

Naib

опытный

Xan> Углерод в анодах сгорает в углегаз;

А также немного угара, хлора, фосгена и фтора. И ведь сера тоже скорее всего будет в газовой фазе, сколько бы её в том реголите не было.

Xan> Из него с водородом делают воду и метан;

Главное - почистить от примесей, иначе катализатору гаплык. Или фигачить бескатализные процессы, скажем нагревать водород до полутора тысяч градусов (или выше, сколько материалы выдержат) и вдувать в его струю поток этой газовой смеси, а потом адиабатически "замораживать" равновесие. Вполне себе сажа должна полететь.

Xan> Из воды электролизом кислород;

Вот "унутре" у меня всё против электролиза. Это и потери энергии на получение электротока, потери на самом процессе, деградация электродов. Впрочем, технологическое исполнение простое и это тоже немаловажно. А так, были разработки более очумелых процессов, например

K2SiO3 + H2O + I2 => KI + KIO + SiO2
KIO => KIO3 + KI
KIO3 => KI + O2
KI + H2O + SiO2 => HI + K2SiO3
HI => H2 + I2

Все процессы чисто термические.

Ну или проще - на игре оксидов железа или марганца

FeO + H2O => Fe3O4 + H2
Fe3O4 => FeO + O2

Xan> Электролиз расплава грунта без добавок не пойдёт?

Скорее всего нет. У него будет вязкость и электропроводность расплавленного стекла, а потом электроды забьются кремнием. То есть или перемешивание активное мутить, или разжижать его щелочными добавками (оксиды натрия и калия)

Марс в том плане даже проще, там Fe2O3 много, а его можно просто термически разлагать. А реголит - порода ультравосстановленная и без углерода, пожалуй, фиг чего получится. Есть, правда, альтернативная ветка процессов на сере с хлором, общего принципа

SiO2 + S + Cl2 => SiCl4 + SO2
SO2 => S (за несколько стадий)

Но тогда там будет действительно адская атмосфера. :D
   78.0.3904.9778.0.3904.97

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
Naib> Электроэнергия - это потери от 80 до 60% энергии падающего света. Расточительно. Чисто термические процессы предпочтительнее.

Это как раз самая мелкая из проблем, в сущности, не проблема вообще. Лунная база - это по-любому реактор (ибо ночь), электропроцесс - как бы не лучше. Чисто термический может позволил бы получить чуть более лёгкое оборудование, но коэффициент использование меньше раза в три.
   51.051.0

Naib

опытный

Fakir> Это как раз самая мелкая из проблем, в сущности, не проблема вообще. Лунная база - это по-любому реактор (ибо ночь), электропроцесс - как бы не лучше. Чисто термический может позволил бы получить чуть более лёгкое оборудование, но коэффициент использование меньше раза в три.

И примерно в три раза больший КПД. Баш на баш приходится.

Что касается реактора на Луне, то что будет для него мощным источником холода? Атмосферы нет, воды нет, реголит не особо теплопроводен. То есть то, что реактор необходим даже не оспаривается, но как он будет работать? Радиаторы чисто низкотемпературного излучения (скажем, 70-100 градусов) шибко здоровые выходят.
   78.0.3904.9778.0.3904.97

Fakir

BlueSkyDreamer
★★★★☆
Naib> И примерно в три раза больший КПД. Баш на баш приходится.

Да хз у кого еще КПД больше будет. Из общих соображения я бы ожидал, что у чисто термического процесса меньше.

Naib> Что касается реактора на Луне, то что будет для него мощным источником холода?

Ессно радиатор в полном смысле слова. Излучатель.

Naib> Радиаторы чисто низкотемпературного излучения (скажем, 70-100 градусов) шибко здоровые выходят.

А на кой такой холодный? Минимум 300-400, скорее 500-600 а то и 700-900. КПД как таковой для космической реакторной установки не самоцель, важна удельная мощность на кг. И оптимум в зав. от типа преобразователя при разных температурах. У термоэмиссионников так вовсе под тыщу.
   51.051.0

Xan

координатор

Naib> Радиаторы чисто низкотемпературного излучения (скажем, 70-100 градусов) шибко здоровые выходят.

Градирни поставить!
На страх "зелёным"! :D

На Марсе тоже с этим проблема, ветра нет.
   66

Дем
Dem_anywhere

аксакал
★☆
Naib> Нужны инертные аноды. Вот до сих пор хз какие.
тупо электронный/ионный пучок в вакууме. Вакуум не окисляется :D

Naib> Вообще - это область кальциетермического восстановления металлов.
Насколько понимаю - реголит растворяется в хлориде. И при электролизе атомы металла переходит в расплав, а кислород наружу.

Naib> Электроэнергия - это потери от 80 до 60% энергии падающего света. Расточительно. Чисто термические процессы предпочтительнее.
Да, но греть до 1500 придётся. А потери на излучение пропорциональны четвёртой степени температуры.
   70.070.0
+
-
edit
 

Zenitchik

втянувшийся

Дем> тупо электронный/ионный пучок в вакууме. Вакуум не окисляется :D

Так анод же нужен. Какие, к лешему, электроны? А если ионы, то из чего их получать?
   78.0.3904.9978.0.3904.99
+
+2
-
edit
 

Xan

координатор

Дем>> тупо электронный/ионный пучок в вакууме. Вакуум не окисляется :D
Zenitchik> Так анод же нужен. Какие, к лешему, электроны? А если ионы, то из чего их получать?

Позитрониевый катод! Заодно и греть будет!!! :D

Из воды со щелочью на аноде из нержавейки кислород бесплатно выделяется, в смысле расхода анода.
Поэтому у меня цикл с использованием воды.
   66

Naib

опытный

Дем> Насколько понимаю - реголит растворяется в хлориде. И при электролизе атомы металла переходит в расплав, а кислород наружу.

Не так просто. Оксиды в хлоридных расплавах так себе растворимы. Многие не растворимы вообще, некоторые должны реагировать, образуя оксохлориды. Часто растворение происходит при участии хлора и восстановителей (хлорирование в расплаве). И да, параллельное выделение хлора будет всегда.

Дем> Да, но греть до 1500 придётся. А потери на излучение пропорциональны четвёртой степени температуры.

Это не проблема вообще. Подаём в фокус изогнутого зеркала тонкий поток реголита, он мгновенно плавится и претерпевает нужные нам превращения. Дальнейшие потери тепла продуктом нас не интересуют.
   78.0.3904.9778.0.3904.97
+
-
edit
 

Дем
Dem_anywhere

аксакал
★☆
Дем>> тупо электронный/ионный пучок в вакууме. Вакуум не окисляется :D
Zenitchik> Так анод же нужен. Какие, к лешему, электроны? А если ионы, то из чего их получать?

Ну вот у нас висит в невесомости шарик расплавленного реголита (если на Луне - лежит в ведре).
Дуем в него электронным пучком - это катод. Из него летит... скорей ионы О2- и разряжаются об холодную железяку (анод) не реагируя химически.
   70.070.0
Это сообщение редактировалось 27.11.2019 в 11:27

Дем
Dem_anywhere

аксакал
★☆
Naib> Не так просто. Оксиды в хлоридных расплавах так себе растворимы.
Ну оксид алюминия во фториде или хлориде вполне растворим.

Naib> Это не проблема вообще.
А я не говорю, что проблема, я говорю про КПД.
Или мы идём через солнечную панель теряя 2/3 при преобразовании в электричество - или у нас температура на 10% выше и те же 2/3 энергии улетают как тепловое излучение.
   70.070.0

Alexandrc

аксакал

Xan> На Марсе тоже с этим проблема, ветра нет.

Куда делся?
MRO пыливые бури регулярно снимает. Песчаные "дьяволы" тоже в кадр попадали. InSight "свист" ветра записывает?
Речь о слишком малой плотности атмосферы для эффективного охлаждения в градирнях?
   78.0.3904.10878.0.3904.108
AD Реклама Google — средство выживания форумов :)
+
-
edit
 
Naib> Что касается реактора на Луне, то что будет для него мощным источником холода?
вариантов в принципе дофига
-
- в породе, трубы вмурованы в породу, щели забиты теплопроводящей пастой, теплоотдача в скальный грунт
- массивный люминиевый радиатор, излучающий тепло в космос
- теплооснащение самой станции (подогрев воздуха, подогрев воды, т.д.)
   68.068.0

в начало страницы | новое
 
Поиск
Настройки
Твиттер сайта
Статистика
Рейтинг@Mail.ru