Bombeo de oxígeno en la atmósfera de Titanes

Tarea en las manos

Para hacer que Titán sea hospitalario para las personas, debes alterar tanto la temperatura como la composición de la atmósfera. Su idea para la electrólisis puede resolver ambos problemas. Para tener un impacto en la atmósfera, se debe construir una gran cantidad de infraestructura, probablemente cientos o miles de grandes reactores para generar energía y gas, y grandes equipos de apoyo o robots para garantizar que funcionen sin problemas.

Camino a seguir

Primero, conviertes el agua en gas Oxígeno e Hidrógeno. Almacenas el gas hidrógeno y liberas el oxígeno a la atmósfera. Cuando comienza a acumularse suficiente oxígeno, prendes fuego a la atmósfera, convirtiendo el oxígeno y el metano en agua y dióxido de carbono. Eventualmente, el Metano se acaba, y el Oxígeno comienza a acumularse hasta que se produce lo suficiente para ser un nivel respirable, pero los humanos aún no pueden vivir aquí.

La tormenta de fuego calentó la atmósfera en una cantidad respetable, pero es posible que debas continuar con el proceso de calentamiento. Está bien, ¿recuerdas el hidrógeno que recolectaste? Ese es el combustible perfecto para que funcionen los reactores de fusión (si tiene suerte, los océanos de Titán tienen una gran cantidad de agua pesada, de lo contrario, necesita energía de otra fuente). Al hacer numerosos reactores de fusión en la superficie, puede impulsar más electrólisis y arrojar el exceso de calor a la atmósfera hasta que alcance una temperatura agradable.

En algún momento, es posible que desee un poco de biología nativa que ayude a limpiar el aire de CO2.

En conclusión, haces oxígeno para deshacerte del metano y hacer que el aire sea respirable, luego calientas el aire hasta que esté lo suficientemente caliente para los humanos, y lo alimentas todo con energía de fusión en el subproducto de hidrógeno de la electrólisis.

Energía, santa fusión

En una nota final, ITER está tratando de usar deuterio y tritio para la fusión, que son formas más raras de hidrógeno. El deuterio se encuentra naturalmente en el océano de la tierra, por lo que uno podría suponer que también se encuentra en el de Titán. También es posible que se desarrolle la fusión con otros isótopos de hidrógeno para cuando Titán esté listo para ser terraformado.

1 kg de hidrógeno en una reacción de fusión puede generar alrededor de 80 millones de MJ (Wikipedia). La electrólisis del agua utiliza alrededor de 180 MJ por kg (Wikipedia). Así, 1 kg de fusión de los subproductos del hidrógeno puede convertir 444 444 kg de agua en gas. En la Tierra, aproximadamente 1 de cada 6400 átomos de hidrógeno son deuterio (Wikipedia), que es adecuado para la fusión, aunque no necesariamente ideal. 444.444 kg de agua significan 49.382 kg de hidrógeno, de los cuales alrededor de 7,5 kg deberían ser deuterio. Esencialmente, la fusión y la electrólisis pueden formar un ecosistema cerrado de generación de energía, por lo que una vez que se establezcan las plantas de fusión, deberían poder funcionar a perpetuidad siempre que tengan un suministro constante de agua.

Tamaño de la infraestructura en la ciudad de Nueva York

La ciudad de Nueva York usa alrededor de 3.500 millones de litros de agua todos los días, o 12.775 billones de kg de agua cada diez años. La atmósfera de Titán tiene alrededor de 5,94E18 kg de gas, la mayor parte del cual es nitrógeno. Solo necesitamos convertir suficiente oxígeno para igualar alrededor del 15% de la atmósfera (5% para eliminar el nitrógeno, 10% para suministrar aire para respirar). Esto significa que tenemos que hacer 8.91E17kg de oxígeno. Si asumimos que cada central eléctrica puede consumir tanta agua como la ciudad de Nueva York, entonces necesitamos 87 181 estaciones de terraformación (87 181 = 8,91E+17/((12,775E+12)*8/10).

Conclusión

Con la tecnología actual, estas estaciones de terraformación están obviamente fuera de alcance, pero el único requisito tecnológico significativo que tienen es una fusión muy efectiva. Una vez que tienes energía, puedes producir oxígeno fácilmente, y los humanos ya tienen mucha experiencia moviendo grandes cantidades de agua.

Cuando eso sucedió en la Tierra, resultó ser el gran evento de oxidación , y fue causado por todas las algas ocupadas en la fotosíntesis en los océanos.

El Gran Evento de Oxidación (GOE), a veces también llamado Gran Evento de Oxigenación, Catástrofe de Oxígeno, Crisis de Oxígeno, Holocausto de Oxígeno o Revolución de Oxígeno, fue un período de tiempo en el que la atmósfera de la Tierra y el océano poco profundo experimentaron por primera vez un aumento de oxígeno, aproximadamente 2,4 –2,0 Ga (hace mil millones de años) durante la era Paleoproterozoica. La evidencia geológica, isotópica y química sugiere que el oxígeno molecular producido biológicamente (dioxígeno, O2) comenzó a acumularse en la atmósfera de la Tierra y la cambió de una atmósfera débilmente reductora a una atmósfera oxidante, causando la extinción de muchas especies existentes en la Tierra. Las cianobacterias que producían el oxígeno provocaron el evento, lo que permitió el posterior desarrollo de formas de vida multicelulares.

Ahora, mezclar oxígeno y metano no es tan peligroso como mezclar hidrógeno y oxígeno, pero aun así pondrá los pelos de punta a cualquier ingeniero que se precie.

Cualquier cosa que sea oxidable en la atmósfera y en la superficie reaccionará con ese oxígeno, lo que significa que antes de que notes un aumento significativo en la concentración atmosférica de oxígeno necesitarás consumir todas esas sustancias.

La oxidación del metano llenará tu atmósfera de vapor de agua y CO2, ambos gases de efecto invernadero, que probablemente contribuirán a elevar las temperaturas de la luna. A partir de ahí, comenzará un ciclo de retroalimentación que no puedo estimar.

《No creo que Titán tenga rocas. Es todo hielo. 》

Ampliaré un poco mi comentario para abordar algunos obstáculos, ya que parece que aquí se necesita una imagen general.

"Basándonos en su densidad aparente de 1,88 g/cm3, la composición de Titán es mitad hielo de agua y mitad material rocoso". "Titán probablemente esté parcialmente diferenciado en distintas capas con un centro rocoso de 3400 kilómetros (2100 millas)" ( wiki )

Sí, hay algo de profundidad para alcanzarlo, pero bueno, ¿no estás buscando desafíos épicos para superar, jajaja? Es parte de ese esfuerzo titánico. Necesitas darle la vuelta a la cosa para hacer lo que describes.

De hecho, 900 km hacia abajo para alcanzar el basalto y esas cosas, parece demasiado, incluso si es "solo" hielo encima que uno puede derretir y reducir la gravedad en ese cuerpo.

Pero un problema es que cualquier cambio global en una escala como esta, incluso si es solo una luna, incluso si no parece tan significativo como solo agregar un 20 % de oxígeno y eliminar un 5 % de metano, sigue siendo una tarea bastante grande. , no es algo que se pueda hacer con un fortín en un tiempo razonable.

Cuántos esfuerzos o algo requiere, no lo sé en este momento, pero veamos, algunas cosas medibles que podemos deducir, solo una parte de la actividad requerida.

Las observaciones de las sondas espaciales Voyager han demostrado que la atmósfera de Titán es más densa que la de la Tierra, con una presión superficial de aproximadamente 1,45 atm. También es aproximadamente 1,19 veces más masivo que el total de la Tierra.

Eso ya dice mucho, pero lo que significa en la realidad práctica, en las cosas podemos tener una percepción subjetiva más palpable.

La masa total de la atmósfera de Titán es de aproximadamente 6e18 kg, y para un 20 por ciento de oxígeno necesitamos agregar alrededor de 1/5 de eso, pero vamos con 1,3e18 kg.

• No trato de ser preciso con los números y hay suposiciones ocultas y tal vez también algunos errores, solo deseo que el cálculo sea más fácil para mí en este caso, ya que me interesa el orden de magnitud de esos resultados.

Suponiendo que sus instalaciones expulsen algo de aire caliente, por alguna razón hay suficiente, entonces significa que el proceso tiene que liberar alrededor de 1e18 metros cúbicos de oxígeno, o alrededor de 1e9 km cúbicos de oxígeno.

Suponiendo que tiene una tubería de sección transversal de 1 km cuadrado para expulsar ese oxígeno, a una velocidad de 100 m/s, le tomará alrededor de 317 años terminar el trabajo.

Entonces, 317 instalaciones de este tipo pueden hacer eso en un año, y si la velocidad de expulsión del aire es de 10 m/s, lo que parece menos exigente y más realista, entonces son 3170 instalaciones de este tipo.

• Vale, tengo que admitirlo mucho mejor de lo que esperaba.

Si cada una de esas instalaciones ocupa 10x10 km cuadrados, para otros equipos y cosas por el estilo, entonces, en general, solo el 0,5 por ciento de la superficie de Titán, para tener el resultado en un año.

que orden de energia se necesita

Según wiki, los procesos industriales toman alrededor de 50 kWh por kg de hidrógeno, lo que significa 8 kg de oxígeno, por lo tanto, alrededor de 6kWh por kg de oxígeno.

De acuerdo con nuestro número de oxígeno requerido de 1.3e18kg, necesitamos alrededor de 8e18 kWh para terminar el trabajo, y con nuestro marco de tiempo de 1 año, se requieren alrededor de 913,242,009 GW de energía para la producción de electricidad.

A modo de comparación, los países industriales a partir de hoy aquí en la tierra producen electricidad en cientos de GW, 50 a 300 algo así, por país. (La producción y el consumo total de energía por país es aproximadamente 6 veces mayor, si no recuerdo mal)

• Los requisitos de energía de Muuuy son bastante buenos, como era de esperar, satisfechos de adivinar al menos algo correcto.

Entonces, incluso si extendemos el marco de tiempo a 10 o 100 años, todavía supera el consumo total de producción de energía en ese planeta, como en cien o mil veces.

Esa es solo una actividad de consumo de energía, pero necesita más, depurando el aire en busca de metano, extrayendo el amoníaco del agua para que no se libere en su atmósfera recién creada. Y tengo que enfatizarlo, la solución de agua y NH3 es la mitad del planeta, y visto el 8 por ciento de la masa (o algo así, no volveré a leer esos wikis) y estamos hablando de hasta 1e22 kg de material para procesar (masa total de Titán es 1.34e23 kg), al menos una parte de él que está en la parte superior del nuevo mundo acuático, puede ser una fracción del total, pero sigue siendo enorme. Tal vez incluso no en el sentido de la energía requerida para extraer, sino en el sentido de cuánto movimiento de masa tienes que crear para poder extraer cosas.

Almacenamiento

El hidrógeno de desecho se puede convertir en amoníaco, al mismo tiempo que se elimina algo de nitrógeno de la atmósfera para disminuir la presión (maaan, toda la luna comenzará a burbujear, será épico), y luego se puede almacenar en algunas profundidades del océano. no requiere tanta presión para convertirlo en líquido.

Rocas electrolíticas: los productos de desecho serán metales y silicio, son más fáciles de almacenar y pueden ser útiles en construcciones, pero sí, puede ser bastante profundo, para tener acceso libre a él, si no hay algunas montañas que sobresalen en el fondo. del océano Opción que depende de las tecnologías disponibles y la situación en el terreno.

mejores opciones, alternativas

En los comentarios hubo una sugerencia de usar algunas lunas que no tienen atmósfera, puede ser una mejor opción, desde una perspectiva para que las cosas permanezcan más limpias y controlables. No hay gases venenosos para mezclar con su atmósfera recién creada.

Entiendo el deseo de pintar un gran cuadro, expresar una idea, pero no siempre va junto con lo que tiene sentido hacer.

Esas cúpulas como construcciones en la serie Expanse, en realidad no son una mala alternativa para una conversión completa (en ganimede si no recuerdo mal)

Probablemente una de las cosas que puede pasar por alto la importancia y las implicaciones de esto, es que el sol como fuente de energía de luz básicamente no existe en ese lugar. Lo que significa que solo hacer aire no brinda muchos beneficios para Titane moon sin esa energía solar gratuita a la que estamos tan acostumbrados. Tienes que crear un sol artificial para que toda la luna aproveche esa atmósfera, o no crecerá ninguna planta y la atmósfera estará cerca de no tener sentido.

Construye hábitats espaciales en órbita, haz lo que necesites para ese Titán, hazlo de forma remota, a través de máquinas y una red satelital como StarLink, disfruta de la gravedad total, una gran cantidad de plantas, aire fresco y otras buenas condiciones de trabajo, y deja que los robots sufran por su jefe supremo de inteligencia artificial. venir.

Hazlo por todas las lunas, conviértelos a todos en hábitats espaciales y acorazados o lo que sea. Las cosas sobre las que tratas de tener fantasías están desactualizadas y provienen directamente de los años 70: no son geniales, no son épicas. O si las cosas son solo un telón de fondo, simplemente salude con la mano y haga una buena historia en su lugar. Si la actividad en el espacio es uno de los pilares de la historia o la línea principal, tome una píldora roja y conviértase en habs espaciales, que es la forma de crear un buen ambiente en cualquier lugar al que vaya. Y bienvenidos los equipos y robots operados a distancia, que son cosa de hoy, en la minería (lo suficientemente maduros) y otros lugares (la madurez varía).

Tienes varios problemas con los que lidiar.

El oxígeno libre abundante y el metano pueden ser una mezcla explosiva. Pero depende de la concentración. En la atmósfera terrestre, los límites inferior y superior de inflamabilidad son del 5 % y el 17 % (por volumen), por lo que, por seguridad, querrá reducir el volumen de metano en la atmósfera antes de llegar demasiado lejos en la liberación de oxígeno libre. Los límites de hidrógeno son del 4 % al 75 %

Afortunadamente, la atmósfera ya está tan fría que la destilación fraccionada para eliminar el metano es bastante fácil. Este metano podría almacenarse fácilmente a largo plazo dadas las condiciones gélidas, pero si planea terraformar, sería más fácil almacenarlo después de romper el metano en algo que se almacene fácilmente a temperaturas más altas, como el metanol (que también requeriría oxígeno).

El almacenamiento de hidrógeno a largo plazo es aún más difícil. Es una molécula tan pequeña que se filtra a través de los materiales y la fragilización de los metales por hidrógeno es un problema definitivo. Sin embargo, convertir hidrógeno en amoníaco es sencillo y tiene todo el nitrógeno que necesita en su atmósfera.

En el contexto de la terraformación, el almacenamiento a largo plazo no es en términos de años o décadas, sino de milenios o incluso más. No desea que el metano o el hidrógeno vuelvan a filtrarse en su entorno a menos que planee usar continuamente la eliminación activa de estos componentes de su atmósfera. Y cuando consideras la escala, tampoco tienes otra opción.

Por último, el tema de la escala. La masa total de la atmósfera de Titanes es aproximadamente un 19% mayor que la atmósfera de la Tierra, por lo que es lo suficientemente cercana como para ignorar la diferencia en los requisitos de la escala aproximada. Entonces, supongamos que necesita generar suficiente oxígeno para igualar el oxígeno en la atmósfera de la Tierra. Entonces necesitas alrededor de 1E18 kg de O2 libre. Usando números redondos, necesitará al menos 9 MJ por kg de O2 producido, así que llamemos 10 para nuestra estimación. 10 MJ por 1E18 kg de O2 significa que necesitará alrededor de 1E25 KJ de energía. Una central eléctrica de 1 GW funcionando durante 1 año le proporciona 3E16 julios. Por lo tanto, necesita aproximadamente 300 000 centrales eléctricas funcionando durante 1000 años.

Ni siquiera trato de adivinar cuánto oxígeno libre adicional necesitarás para contrarrestar el que se utilizará en la oxidación de los minerales en la superficie de Titán.

A modo de comparación, la capacidad de generación eléctrica anual total de la tierra es de aproximadamente 20,000 TWH o aproximadamente 6.3E14 J. Lo que significa que necesita aproximadamente 16 mil millones de años de producción eléctrica mundial solo para producir O2 libre.

Hice una suposición muy generosa de que su proceso de electrólisis es 100% eficiente porque claramente sería de su interés perfeccionar este proceso. Será mejor que inventes Mr. Fusion también.

Obtenga su O2 de otro lugar si puede, hacer uno propio en Titán será extremadamente desafiante. Sugiero el sol. El oxígeno es un elemento traza en el sol, hice los cálculos una vez y descubrí que la masa de oxígeno en el sol supera a la de la tierra total (no su oxígeno, sino todo) en aproximadamente 10:1. El levantamiento estelar debería brindarle un buen flujo masivo, y los paneles solares son bastante efectivos cuando se encuentran cerca del sol.