¿Cuánta energía puedo producir por kg de hidrógeno usando este proceso?

En un futuro lejano, los sucesores posthumanos de la humanidad han desarmado las estrellas y viven en computadoras ultralentas y ultraeficientes del tamaño del sistema solar, Matrioshka Brains . El último enemigo de la vida inteligente es la entropía, el presagio de la muerte térmica inevitable del universo. Una vez que no quede ningún gradiente de energía para explotar, la orden final de la entropía purgará el universo de toda vida.

Por razones obvias, este destino debe retrasarse el mayor tiempo posible, por lo que es imperativo el uso más eficiente de los recursos utilizables para la generación de energía. Dejando la fisión y la recolección de la radiación de Hawking y la energía de rotación de los agujeros negros de la mesa; Me interesa saber cuánta energía se puede generar a partir de un kilogramo de hidrógeno mediante el siguiente proceso.

El hidrógeno se fusiona en helio utilizando el ciclo CNO de la manera más eficiente posible, seguido de la fusión de helio, carbono, neón, oxígeno y silicio. El hierro producido por este proceso ya no puede producir energía neta en un proceso de fusión, por lo que se alimenta a un agujero negro para recolectar la energía de fricción que producirá en el disco de acreción. Según tengo entendido, esta debería ser la forma más eficiente de generar energía a partir de la materia si no me perdí nada.

Once there is no energy gradiant left to exploit entropys final order will purge the universe of all life. Only stored data will remain in skeletally stripped down storage facilities.No realmente, la entropía máxima significa que no habrá un gradiente persistente en ninguna parte , por lo que sus datos desaparecerán con el resto
La producción de energía más eficiente que conozco es la aniquilación de materia y antimateria. Pero eso, por supuesto, no responde a su pregunta.
@nzaman Buen punto, aunque habrá un retraso entre el final de toda la vida funcional y el pedido final porque los últimos seres no pueden convertirse en energía sin aprovechar antes para funcionar. Eliminé la oración para evitar confusiones. Gracias por tus comentarios.
@Mołot Si bien la aniquilación de materia y antimateria le dará a uno la mayor explosión por unidad de peso, sigue siendo una forma terriblemente ineficiente de generar energía, ya que la antimateria no es un recurso natural. Por lo tanto, debe producirse en un proceso muy ineficiente, lo que significa que es la mejor manera de almacenar energía, pero tanto una forma de generarla como una batería. www.projectrho.com/public_html/rocket/antimatterfuel.php
@TheDyingOfLight "Por lo tanto, debe producirse en un proceso muy ineficiente" - hoy. Recuerde que la parte superior del Monumento a Washington estaba hecha de aluminio porque la producción de aluminio era tan ineficiente que valía más que el oro aquí. Ahora es lo suficientemente barato como para hacer latas con él. Está hablando de la muerte por calor del marco de tiempo del universo; las eficiencias de hoy no tienen nada que ver con el tiempo sobre el que está escribiendo.
@Mołot Antimatter es una tecnología muy popular y extendida en mi entorno. Pero no importa cuán eficiente sea la producción de antimateria, la segunda ley de la termodinámica hace imposible que sea mejor que usar la energía directamente.
Lejos de la etiqueta 'Ciencia dura', vea el excelente cuento del Dr. Isaac Asimov titulado "La última pregunta", que describe un futuro ultra lejano donde la gestión de la entropía lo es todo. El espíritu de tu pregunta está en sus palabras.
Si está buscando la forma definitiva de convertir la masa en energía, debe buscar el "Kugelblitz". Este es un agujero negro teórico creado al enfocar la radiación en lugar de la masa. Luego, convertiría de manera eficiente cualquier cosa que le arrojes en radiación que luego puedes recolectar para obtener energía.
La forma más eficiente de aprovechar la energía del hierro es enviarla a los agujeros negros y recuperar la energía de la radiación a medida que se evaporan. Si quieres recuperar dicha energía más rápido, usa agujeros negros más pequeños. Teóricamente, puede ser casi instantáneo con los suficientemente pequeños.
@Eth lo menciono en la oración antes de la pregunta impresa en negrita. Sin embargo, es más eficiente hacer esto de una manera que también permita la recolección de energía de fricción.

Respuestas (1)

Ciclo CNO : 4H → Él

4 protones (es decir, núcleos de hidrógeno) se combinan para formar una molécula de helio mientras liberan 26,7 MeV de energía. Este es el resultado neto de cualquiera de las diversas vías de fusión de hidrógeno a helio.

Triple- α proceso : 3He → C

Tres moléculas de helio se combinan para formar una molécula de carbono, mientras liberan 7,4 MeV de energía. Dado que se necesitan tres reactores CNO (y 12 protones) para hacer una molécula de carbono, ahora tenemos una ganancia neta de 87,5 MeV.

α proceso : C + 11He → Fe

Vea el enlace, esta es una larga cadena de reacciones, cada una agregando sucesivamente un helio para llegar a un elemento más grande, hasta llegar a Fe-52. La energía total liberada por esta cadena es de 80,6 MeV. Teniendo en cuenta los 87,5 MeV para formar el carbono inicial y 11 × 26,7 MeV para formar todo el helio, la ganancia de energía neta de la fusión es de 462 MeV, dividida por 52 protones iniciales.

Ahora, Fe-52 no es el elemento más estable, y teóricamente podrías obtener más energía al reaccionar hasta Fe-56 o Ni-62 o algo así. Pero no pude encontrar un camino claro para la fusión hasta ese momento. En el mundo real, la creación de estos elementos es el resultado de un equilibrio entre varias reacciones de fusión y fotodesintegración y demás. Creo que esta estimación de energía es la mejor para sus propósitos.

Energía liberada por acreción

Esto es mucho más difícil de estimar, porque aquí hay muchos factores y depende en gran medida del tamaño de su agujero negro y la forma del disco de acreción. Sin embargo, reelaborar una estimación de la luminosidad basada en la tasa de transferencia de masa en un agujero negro da:

mi = m metro R ,
dónde m es el parámetro gravitatorio estándar para el agujero negro, metro es la masa del objeto que cae en él, y R es el radio del disco de acreción.

Tomemos como ejemplo el agujero negro en el centro de nuestra galaxia . yo calculo m estar más o menos 5.7 × 10 26 y r acerca de 7.5 × 10 12 metros (~ 50 AU). Por lo tanto, cada AMU genera alrededor de 0,8 MeV cuando cae en el disco de acreción. Considere esto como una estimación bastante aproximada. El problema aquí es que gran parte de esta energía cinética es a. llevado al horizonte de sucesos por la partícula que cae o b. irradiada hacia el horizonte de sucesos por el disco de acreción. De cualquier manera, gran parte de la energía liberada es inutilizable.

Conclusión

Obtiene alrededor de 9 MeV de la fusión por AMU de protones que lanza en este proceso, y menos de 0,8 MeV de acreción por AMU de protones. Convirtiendo a J y kg, obtenemos 870 TJ por kg de fusión y menos de 77 TJ por kg de acreción. Entonces, está viendo algo en el rango de 900 TJ por kg de hidrógeno .

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