¿Cómo impulsaría la gente los vehículos en un planeta sin combustibles fósiles (como Marte)?

Estoy interesado en fuentes de energía o combustible realistas y prácticas para vehículos (particularmente militares), donde no hay combustibles fósiles disponibles. El escenario es 400 años en el futuro. La única parte ondulada de la mano es el viaje FTL a sistemas estelares cercanos, para explorar y colonizar. La mayoría de los planetas descubiertos son rocas sin vida sin agua líquida, por lo que no tienen yacimientos de carbón extraterrestres ni yacimientos petrolíferos extraterrestres que explotar.

Mi pregunta es similar a esta , pero me interesan más que los tanques de batalla principales.

Los tipos de lugares en el entorno son:

  • Marte. Colonizada hace 350 años. La terraformación ha comenzado, pero no se puede llegar muy lejos en 350 años, por lo que la mayoría de los asentamientos son ciudades abovedadas, secciones de cañón paraterraformadas o excavadas en la roca.
  • Exoplaneta X. Del tamaño de Venus pero sin el efecto invernadero descontrolado. No hay agua líquida porque está fuera de la zona Goldilocks, una órbita un poco más alejada que la de Marte. Ni siquiera se intentó la terraformación.
  • Tierra. Se han encontrado, extraído y agotado todas las fuentes de combustibles fósiles que vale la pena explotar. Sin embargo, en comparación con otros planetas menos hospitalarios, la gente de la Tierra puede plantar grandes extensiones de tierra con plantaciones de aceite de palma para biodiesel, caña de azúcar para etanol, etc. Y todavía tienen mucho material fisionable y fusionable (¿es esa una palabra?).

Cualquier planeta puede tener tanques de microbios que produzcan hidrocarburos interesantes, ¿si eso es genética y bioquímicamente factible?

Ignore la generación de electricidad A MENOS QUE se relacione con el transporte (por ejemplo, carga de baterías o trenes eléctricos). Solo suponga que para las necesidades diarias de electricidad hay reactores de fisión y fusión por todas partes, y fuentes de energía verde en los planetas que tienen los ingredientes apropiados (como los océanos y la luna para la energía de las mareas en la Tierra). Pero en una situación de guerra, las líneas eléctricas pueden estar caídas... el enemigo puede controlar las centrales eléctricas y negarle energía a tu parte de la red nacional... o es posible que tengas que cruzar un área vacía del planeta que no estaba en la red para comenzar. con…

Los tipos de vehículos a considerar para las necesidades de energía son:

  • Todos y cada uno de los vehículos militares con base en el planeta, desde vehículos de combate de infantería hasta artillería y aviones.
  • Y no exactamente vehículos, sino también armas autopropulsadas que requieren su propia energía, por ejemplo, misiles.
  • Transporte civil de ciudad a ciudad: por carretera, ferrocarril, aire o mar.
  • Transporte de superficie a órbita (militar y civil)

¿Qué combustibles o fuentes de energía son factibles y prácticos? Especialmente para los militares.

"Todas las fuentes de combustibles fósiles que vale la pena explotar han sido encontradas, extraídas y agotadas". En este punto, sugeriría huir de la Tierra si hay una alternativa razonable. Esto conduciría a un cambio climático absolutamente devastador. También es poco probable que suceda, a menos que Trump pueda reproducirse asexualmente en las presidencias de otros países.
@Feyre Han tenido 4 siglos para usarlo y 4 siglos para resolver tecnologías eficientes de captura de carbono para hacer frente a las emisiones. Además, la Tierra ha sido tan cálida que no ha tenido capas de hielo durante mucha historia geológica. Los osos polares se extinguirán y las ciudades costeras se ahogarán, pero no es una catástrofe de "huir del planeta". Si pueden terraformar Marte, pueden terraformar la Tierra de vuelta a la "configuración de fábrica".
Si hay un sol en el rango, entonces solar. Si la fisión/fusión es tan común, no hay razón para que cada región más pequeña no tenga la suya propia. Ciertamente, civil de ciudad en ciudad son autos eléctricos y superiores. Muchos, pero no todos, podrían convertirse para funcionar con electricidad,
La captura de carbono le devuelve los combustibles "fósiles" (a menos que esté hablando del más primitivo "devolver los óxidos de carbono/carbonatos a gran profundidad bajo tierra). De hecho, no hay ninguna razón por la que no podamos capturar todo el dióxido de carbono producido y conviértalo de nuevo en combustible útil con un poco de energía solar; en realidad, la madera y otros biocombustibles son solo una forma indirecta de hacer exactamente eso. No es como si las materias primas desaparecieran: lo único que se pierde es energía, y estamos obteniendo toneladas de eso del Sol.
@Luaan "Un poco de energía solar"?!? La energía fósil se ha recolectado del sol durante quinientos millones de años, y fue suficiente solo para 200-300 años, así que... buena suerte con eso. Olvídate de Joules baratos dándote tractores baratos para los biocombustibles o fábricas baratas de fotovoltaica o aerogeneradores baratos. Los Joules se volverán increíblemente caros y todo lo demás será increíblemente caro.
@kubanczyk No, los combustibles fósiles son una pequeña fracción de la energía solar que se ha recolectado durante los últimos quinientos millones de años. No olvide las condiciones específicas que necesitaba para obtener carbón y petróleo: la mayor parte de la energía solar capturada se desperdiciaba como calor (principalmente en criaturas vivas), y eso es antes de tener en cuenta cuán ineficientes eran esas plantas precursoras en primer lugar. A escala planetaria, apenas se registra; solo necesitamos enriquecernos mucho más para explotarlo adecuadamente. Por supuesto, entonces simplemente agotaremos ese recurso, porque así es como funciona la evolución :)
@Luaan ¿Buscó "EROEI fotovoltaica"? Necesita mejorar. Compare la EROEI nuclear con la del carbón y, con suerte, verá cómo la energía se volverá más cara con el tiempo. Puede esperar más carbón barato no antes de otros 500 millones de años. Mientras tanto, necesitamos usar mejor lo que tenemos.
@kubanczyk Nunca hablé de fotovoltaica y mucho menos de nuestras tecnologías actuales. Estamos hablando de una cultura que tiene una ventaja de ~ 400 años sin combustibles fósiles; dado que el OP asume que han sido tan civilizados como nosotros (y más), es bastante seguro esperar que su EROEI sea un poco diferente. . La energía nuclear sigue siendo bastante mala en comparación con el carbón, pero al menos es competitiva sin subsidios, a diferencia de la mayoría de las instalaciones solares y eólicas. Los combustibles fósiles son un gran puntapié inicial, difícilmente estaríamos donde estamos sin ellos.
Mire los planes de Elon Musk para Marte si quiere una respuesta seria con alguna base en la realidad. La respuesta es básicamente solar, solar, solar. Porque realmente no hay nada más. Esa energía solar podría almacenarse en baterías o usarse para producir un combustible como el hidrógeno o alimentarse directamente a los vehículos, pero cualquiera que sea el método, la fuente final será la energía solar.

Respuestas (7)

Diferentes fuentes de energía para diferentes propósitos.

  • Biocombustible , incluyendo alcohol y aceites.
  • Hidrógeno, craqueado del agua utilizando alguna fuente de energía eléctrica.
  • Baterías, nuevamente recargadas de fuente de energía eléctrica.
  • Energía de contacto eléctrica, como trenes que usan energía aérea, y también energía de inducción para maglevs.

Los vehículos de combate pueden funcionar con biocombustible, es relativamente fácil de manejar y almacenar. Imagine grandes tanques del material, posiblemente bajo tierra.

Los vehículos civiles podrían optar por el hidrógeno. Una vez más, habrá parques de tanques para equilibrar los cambios estacionales en la demanda, pero podrían ser vulnerables.

Para los propulsores de misiles y artillería, serían propulsores altamente refinados, posiblemente a base de biocombustibles. Cantidades bajas en números absolutos, por lo que se puede almacenar.

La superficie a la órbita será difícil, y la calidad de sus motores y combustibles afectará en gran medida la configuración. Si es hidrógeno/oxígeno o biocombustible/oxígeno refinado, tendrá puertos espaciales gigantes para poner en órbita algunas toneladas.

El biocombustible es extremadamente ineficiente. Las plantas convierten alrededor del 1% de la energía luminosa en biomasa.
@Karl, el biocombustible podría ser más fácil de manejar que el hidrógeno. Y el ejército no necesita mucho, en comparación con la economía civil.
@Karl: Pero si tiene un habitable (posiblemente terraformado para que no haya depósitos de combustibles fósiles), tiene mucha biomasa existente para sus propios fines. La eficiencia es irrelevante cuando usa una pequeña fracción de eso como combustible.
@ Karl, en realidad es del 3 al 5% y un cultivo diseñado podría impulsarlo aún más. los biocombustibles también son extremadamente eficientes en comparación con cualquier otra opción y no solo porque la energía de la luz es gratuita.
Es probable que las "baterías" estén presentes en cualquier situación en cualquier vehículo. De alguna manera se tiene que almacenar energía, ya sean baterías, aceite, etc. La pregunta es menos "habría baterías" y más "qué usarían para cargar las baterías".
Descifrar hidrógeno del agua es viable en mundos con agua; eso solo es cierto para uno de los casos que OP especifica, por lo que puede no ser un método efectivo
@Zxyrra, uno podría recuperar el agua en una celda de combustible de ciclo cerrado y ejecutarla nuevamente a través de la electrólisis.
@John El cinco por ciento es una mentira flagrante, y muy pocas plantas pueden alcanzar el 2%. ¿O tiene algún recurso confiable que diga lo contrario? en.wikipedia.org/wiki/Photosynthetic_efficiency (No sé qué habrán soñado con la caña de azúcar en ese artículo. Las referencias que dan para ese número son de muy mala calidad. La sola idea de que es cuatro veces mejor que otras plantas es ridículo.)
@om Entonces, ¿filtraría el hidrógeno del agua, lo quemaría como combustible y luego le quedaría la misma cantidad de agua para reciclar? Sin embargo, la energía no se conservaría, ¿se crearía? Esto parece imposible en.wikipedia.org/wiki/Conservation_of_energy
@Zxyrra Por supuesto que lo harías. Solo pierde la energía de enlace, es por eso que el proceso necesita una entrada de energía. El uso de hidrógeno aquí es para almacenamiento de energía, no como fuente de energía . Es solo que incluso con las tecnologías modernas, es un sistema de almacenamiento de energía bastante decente. El punto es que la celda de combustible es básicamente una batería, y ya existen celdas de hidrógeno de ciclo cerrado como esa. No son mágicos. Su "desintegración de hidrógeno del agua" tiene exactamente el mismo problema: incluso con una eficiencia del 100%, obtiene exactamente tanta energía de la oxidación como la que pierde con la lisis.
@Zxyrra no existe tal cosa como "filtrar" hidrógeno del agua. Debes romperlo , lo que requiere energía, ya que el agua es el resultado de la combustión.

Combustibles de oxígeno

Requieren oxígeno (en la atmósfera o almacenado) para quemarse.

Hidrógeno

El hidrógeno es fácil de producir: basta con romper el agua, pero tiene una densidad baja y necesita tanques de almacenamiento pesados ​​y costosos. Alta eficiencia cuando se usa como combustible para cohetes.

Metano

La reacción de Sabatier (CO2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O + energía) se puede utilizar para generar metano a partir de hidrógeno y dióxido de carbono (de la atmósfera), produciendo metano y agua (que se puede descomponer en hidrógeno y reutilizar). Puede usarse como combustible en Marte (el 95,9% de la atmósfera de Marte es dióxido de carbono). Todavía necesita tanques presurizados/criogénicos, aunque menos que el hidrógeno.

Hidrocarburos Líquidos

La reacción inversa de desplazamiento de agua y gas (CO2 + H2 → CO + H2O) seguida del proceso de Fischer-Tropsch ((2n + 1) H2 + n CO → C(n) H(2n+2) + n H2O) Se puede utilizar para sintetizar hidrocarburos líquidos. El agua se puede reciclar de nuevo en hidrógeno.

Baterías

Litio-Aire

Las baterías de litio-aire tienen la energía específica más alta posible de hasta 12 kwh por kilogramo (cerca de la gasolina a 13 kwh/kg) y son recargables. Sin embargo, requieren aire para funcionar, aunque se puede almacenar.

Propulsión impulsada por haz

La energía de transmisión (ya sea usando láseres o microondas) podría usarse para naves de superficie a órbita. La ventaja es que la embarcación no necesita llevar su propia fuente de energía. Sin embargo, está limitado por la necesidad de línea de visión con el transmisor. Probablemente cualquier cosa lo suficientemente grande como para llevar un receptor de haz puede llevar un reactor de fisión o fusión.

Embarcaciones ligeras

Un rayo láser se refleja en un reflector parabólico en la nave espacial, enfocándolo en un área pequeña, lo que hace que el aire se expanda repentinamente con cada pulso, impulsando la nave. Podría usarse para lanzamientos de superficie a órbita o grandes aviones civiles en el rango de una instalación láser.

Cohete térmico láser

Un rayo láser se enfoca en el propulsor, calentándolo, el propulsor probablemente sería hidrógeno. Probablemente se combinaría con la propulsión Lightcraft.

Transmisión eléctrica por microondas

La transmisión de electricidad mediante microondas podría usarse para alimentar grandes barcos desde un transmisor orbital, o para la transmisión inalámbrica de energía eléctrica de pequeñas embarcaciones utilizando una rectena.

En resumen

Para embarcaciones pequeñas (drones, etc.), se utilizarían baterías o transmisión eléctrica por microondas. Para naves grandes, reactores de energía de haz o de fisión/fusión interna. Cerrar la brecha serían hidrocarburos líquidos (o tal vez metano), con oxidantes almacenados (posiblemente usando una celda de combustible). Y baterías con altas densidades de energía o hidrógeno para embarcaciones civiles (ya que probablemente sería más eficiente cargar una batería o romper hidrógeno que sintetizar hidrocarburos).

Buena decisión sobre los combustibles de oxígeno que necesitan oxígeno. Me había olvidado por completo de tener eso en cuenta. D'oh!

En un mundo con FTL... Los tanques de batalla principales usan energía atómica (fusión/fisión), por supuesto, o superbaterías para estados de mentalidad ecológica. Las mejores baterías recargables actuales tienen una densidad de energía de alrededor de 0,8 MJ/kg, en comparación con los 48 MJ/kg (60 veces más) del combustible diésel o los 24 MJ/kg (30 veces más) del carbón común; para cuando inventemos un motor FTL, las baterías pueden alcanzar densidades de energía comparables con los combustibles fósiles. Hace treinta años, las mejores baterías recargables tenían densidades de energía de alrededor de 0,2 MJ/kg.

Probablemente tendrá mucho CO2 en su atmósfera, pero carece de materiales para convertirse en hidrógeno. Si este es el caso, usando electricidad, es posible separar el CO2 en C y O. El carbono puro puede usarse como combustible en presencia de oxígeno. Esto puede ser ineficiente, pero se puede hacer sin la necesidad de organismos. Probablemente, con el tiempo, la necesidad interesará a los científicos e ingenieros de construir convertidores con una mejor eficiencia de conversión. Todavía no se quemará tan bien como los productos derivados del petróleo.

para vehículos pequeños y cohetes, los biocombustibles, incluido el metano, son muy factibles, hay un hongo que fabrica diésel y una forma diseñada podría hacerlo fácilmente. Una tina bacteriana utilizada para convertir los desechos en combustible es posible. mejor aún, puede adaptar su producción en lugar de utilizar el fraccionamiento. en Marte, la reacción de Sabatier es lo que quieres.

para los trenes, la infraestructura de transporte nuclear y solar son opciones sólidas.

en cuanto al transporte orbital, los ascensores espaciales o el lanzamiento de cañones de riel reducirán drásticamente la necesidad de combustible, ya que pueden utilizar la red eléctrica.

pocos vehículos funcionarán bien en más de un planeta, simplemente debido a las diferencias atmosféricas y de temperatura.

metano congelado

Puede extraerlo de los océanos de la Tierra (en forma de clatrato de metano) y transportarlo a Marte, etc. O simplemente puede recolectar metano congelado/fundido de los confines de nuestro sistema solar (u otros sistemas solares, más allá de la línea de congelación) .

También es muy probable que dentro de 500 años habremos ideado un método para producir metano a partir de una reacción endotérmica entre el carbono y el hidrógeno. La reacción se puede llevar a cabo bastante lentamente con la tecnología actual. Con el paso del tiempo, sería cada vez más fácil acelerar el proceso.

En este caso, tendría enormes fábricas que funcionan con energía nuclear, produciendo y congelando metano, que luego se vende en sus puntos de venta refrigerados, donde los trozos se insertarían directamente en el tanque de combustible de los vehículos, donde partes de ellos se sublimarían gradualmente en forma de gas y se quema como combustible.

acetileno congelado

Acetileno ( C 2 H 2 ) tiene un rendimiento energético aún mayor que el metano. Congelar acetileno y luego usarlo, en lugar de metano, sería una opción aún mejor y más eficiente desde el punto de vista energético. Sin embargo, la producción de grandes cantidades de acetileno es difícil a menos que se utilicen suministros agotables (como el carburo de calcio).

Para ser justos, los clatratos de metano son un combustible fósil. Es solo uno que aún no estamos usando, ya que el petróleo y el carbón son mucho más baratos. Presumiblemente, el "mundo sin combustibles fósiles" del OP no tendría reservas significativas de clatratos de metano. Pero sí, usar cosas como esta como almacenamiento de energía, en lugar de una fuente de anergia , tendría mucho sentido.
El clatrato de metano no es un combustible fósil ya que no está hecho de fósiles de ningún animal. En cambio, es liberado por criaturas marinas bentónicas.
Bueno, esa no es una definición de combustibles fósiles que haya escuchado antes (y supongo que incluyes fósiles de plantas y microorganismos) :) Wikipedia incluso enumera los clatratos de metano explícitamente como combustibles fósiles, al igual que muchos otros estudios y artículos. Ambos son solo energía solar almacenada por plantas y animales durante tiempos geológicamente significativos. Algunos incluso incluyen combustible nuclear en los combustibles fósiles (ya que no es renovable); no es que definiciones como esta no se extiendan todo el tiempo. Pero no estoy aquí para discutir sobre definiciones: el OP debe decir si los clatratos de metano están disponibles o no.

Si tiene el presupuesto de energía para hacer FTL, entonces tiene el presupuesto de energía para romper y reformar átomos (de roca, por ejemplo) en cualquier otro átomo útil, como carbono, hidrógeno y oxígeno. Fusiona el C & H y listo: ¡hidrocarburos!

Ya podemos hacer esto hoy. El problema es de dónde obtienes la energía para hacer eso: no es como si pudieras convertir el dióxido de carbono y el agua en hidrocarburos y volver a convertirlos en dióxido de carbono y agua al mismo tiempo que extraes trabajo del proceso. Conservación de la energía y todo eso.
@RonJohn Gracias. No estoy seguro de cómo se hace un presupuesto de energía para FTL, ya que no existe. Dar el salto al hiperespacio o abrir un agujero de gusano o lo que sea, puede resultar barato. (¡Construir la nave espacial seguirá siendo costoso!) Así que creo que su solución es un poco de alta tecnología para lo que busco. Sin embargo, siempre me ha gustado la idea de unir 3 átomos de hierro y 1 de hidrógeno para formar un átomo de oro. :-)
@DrBob nonono, que sea FTL barato, pero construir un barco también será barato. Porque yo solo lo digo y veo como implementarlo. Uno de ellos es esclavizar a otra galaxia para que produzcan esas naves FTL. No me malinterpreten, no es la única forma en que lo veo, y menos interesante en cuanto a mi gusto.
¿Cómo impulsaría la gente los vehículos en un planeta sin combustibles fósiles (como Marte)?
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