¿Cuál es la demanda de energía típica y la huella de carbono de un lanzamiento espacial?

¿Cuántos gases de efecto invernadero se liberan por kg lanzado al espacio, qué otra energía se necesita? Para el alcance de esta pregunta, ignoremos la energía incrustada en toda la maquinaria y solo miremos el combustible del cohete (es decir, tanto el oxidante como el reductor), entonces tendríamos que considerar tres cosas. Para el primero, deberíamos poder encontrar una cifra clara para la liberación C O 2 :

  • La quema del propio combustible.

Para los otros dos puntos a lo largo de la cadena de producción, necesitaríamos cifras de la demanda de energía, ya que la huella de carbono real depende en gran medida del método de producción real.

  • la producción del combustible a partir de recursos primarios
  • (posiblemente) compresión y enfriamiento de combustibles gaseosos
Solo para agregar una posible fuente de gases de GH, las contribuciones también podrían deberse al combustible en SRB. Por ejemplo, los dos de Ariane 5. ¿Cuántos gases de efecto invernadero se producen al quemar cohetes de combustible sólido?
Si está interesado en la producción de gases de efecto invernadero, el jugador principal es el vapor de agua, seguido a gran distancia por el metano. El CO2 hace solo una contribución trivial al efecto invernadero general.

Respuestas (1)

La mayoría de los cohetes modernos funcionan con oxígeno líquido e hidrógeno líquido que reacciona al vapor de agua. No hay carbono en esta reacción, por lo que la producción de monóxido de carbono y dióxido de carbono de la reacción es cero.

Respecto a la huella de CO 2 de la producción de oxígeno líquido e hidrógeno líquido: Estos se obtienen descomponiendo el agua en oxígeno e hidrógeno a través de la electrólisis y luego comprimiéndola. Existen diferentes métodos para hacerlo, pero todos ellos necesitan más o menos energía eléctrica. La huella de CO 2 depende en gran medida de cómo se crea esta energía. Cuando utiliza energía de recursos regenerativos o energía nuclear, sería posible tener un lanzamiento de cohete completamente neutral en CO2.

Algunas otras formas de dividir el agua en sus componentes constituyentes (hidrógeno como combustible y oxígeno como oxidante) son el proceso directo de división solar del agua en el que la energía solar se usa directamente para producir hidrógeno a partir del agua sin pasar por el paso intermedio de electrólisis:

  • División fotoelectroquímica del agua : esta técnica utiliza electrodos semiconductores en una celda fotoelectroquímica para convertir la energía de la luz en energía química del hidrógeno. Básicamente, existen dos tipos de sistemas fotoelectroquímicos: uno que utiliza semiconductores o colorantes y otro que utiliza complejos metálicos disueltos.
  • Fotobiológicos : implican la generación de hidrógeno a partir de sistemas biológicos que utilizan la luz solar. Ciertas algas y bacterias pueden producir hidrógeno en condiciones adecuadas. Los pigmentos de las algas absorben la energía solar y las enzimas de la célula actúan como catalizadores para dividir el agua en sus constituyentes de hidrógeno y oxígeno.
  • Ciclos termoquímicos de alta temperatura : estos ciclos utilizan el calor solar para producir hidrógeno mediante la división del agua mediante pasos termoquímicos.
  • Gasificación de biomasa : utiliza calor para convertir la biomasa en un gas sintético rico en hidrógeno.

Ninguno de estos requiere energía eléctrica adicional y sus emisiones de carbono son cero. Esto no incluye la electricidad utilizada para comprimir y enfriar los propulsores criogénicos Lox/LH2 . Sin embargo, en el caso de usar electrólisis, al usar el poder calorífico inferior del hidrógeno, la energía eléctrica necesaria para generar un kg de hidrógeno es de 51 kWh , suponiendo una eficiencia del electrolizador del 65 %.

Pero todavía hay algunos diseños más antiguos en uso en los que la primera o incluso todas las etapas funcionan con oxígeno líquido y queroseno, como la Soyuz rusa que alimenta a la ISS. El queroseno tiene una huella de CO2 de unos 2,5 kg por litro . Una Soyuz-2 quema alrededor de 82 toneladas de queroseno por lanzamiento . Con una densidad de combustible RP-1 de 0,81 a 1,02 g/ml , esto arroja aproximadamente entre 67 y 84 toneladas de CO 2 por lanzamiento de Soyuz 2-1B (usando 4 propulsores).

En realidad, el par más común de combustibles líquidos para vehículos de lanzamiento ha sido el queroseno (RP-1) y el LOX. El queroseno es inflamable cuando se aerosoliza, pero ese es su único peligro, a diferencia de los combustibles más desagradables como la hidracina (de hecho, un charco de queroseno es bastante difícil de prender fuego). LOX es relativamente económico y, si bien es criogénico y corrosivo para los metales, no es un oxidante tan vigoroso como algunos otros que hemos pensado (irónico). Este par alimentó el Saturno V, algunos de los lanzamientos de Gemini y prácticamente todas las naves espaciales rusas desde la última Soyuz hasta el Sputnik.
¿Y qué hay de los refuerzos?
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