¿Desafíos y potencia necesarios para hacer hierro utilizable a partir de óxido de hierro en la superficie de Marte?

El hierro utilizable no es hierro metálico puro, es hierro con la cantidad adecuada de carbono. Muy poco carbono y el hierro es demasiado blando, demasiado y el hierro es demasiado duro y quebradizo.

Un poco de otros metales como manganeso (el más común), níquel, cromo, molibdeno, vanadio, silicio y boro. Aleaciones menos comunes incluyen aluminio, cobalto, cobre, cerio, niobio, titanio, tungsteno, estaño, zinc, plomo y circonio. Demasiado azufre podría ser malo.

Depende de la aplicación qué aleaciones se necesiten, no existe una aleación universal útil para todas las aplicaciones. Como escribió John Custer, hay algunas aleaciones que cubren una amplia gama de usos.

Lo mismo es cierto para el aluminio, el aluminio puro también es débil.

Como han señalado otras respuestas aquí, simplemente dividir el oxígeno del hierro no produce hierro UTILIZABLE; para eso, necesita contenido de carbono. Estoy seguro de que hay otros enfoques viables para esto, pero aquí hay uno:

Para obtener hierro elemental:

1. Producir agua de pozos marcianos
2. Dividir el agua con Hidrólisis, y capturar el H2.
3. Extraiga el regolito marciano y tírelo para separarlo para reducir las impurezas a un nivel viable.
4. Reacciona el hidrógeno con él, al estilo de este artículo .

Para obtener carbono elemental:

1. Extraer CO2 de la atmósfera marciana.
2. Divida el C del O2 como desee, incluida la creación de metano a partir del hidrógeno en el paso 1 y luego separándolo mediante catalización termolítica , o simplemente con algún dispositivo similar a MOXIE .

Combine los dos en las medidas adecuadas y derrítalo. Como otros han señalado aquí, necesitará energía nuclear para más de una parte de este proceso.

Este es el peor de los casos, por supuesto: es posible que pueda encontrar mineral con un contenido significativo de carbono en primer lugar. Esto pasa por alto muchos de los detalles de la separación del hierro que se tratan en el documento vinculado, pero es un enfoque amplio en la parte posterior del sobre que creo que es viable.

Ningún planeta conocido además de la Tierra tiene oxígeno y combustibles fósiles para la energía, por lo que Marte necesitará algo del orden de las células solares eléctricas o nuclear para la energía. Si está hablando de energía nuclear, necesitará encontrar minerales viables de uranio y torio, usar algún tipo de reservas de energía para purificarlo, y ese podría ser el punto de partida para obtener más fuentes de energía para construir células solares o extraer y purificar más minerales de uranio. .

En algún momento, esta energía podría usarse para derretir parte de los casquetes polares para enfriar los reactores y llenar y calentar grandes cámaras y cavernas aisladas con agua y dióxido de carbono para alimentarse. En cuanto a la iluminación de las plantas, no está claro si la iluminación artificial de un área aislada del frío ambiente marciano podría ser mejor que intentar crear algo transparente para la entrada de energía solar pero que aún sea capaz de aislar del frío extremo de Marte. Probablemente, parte del calor directo de las varillas podría enviarse a una cámara alternativa de alta temperatura para la metalurgia, pero no está claro si algo como la electrólisis del aluminio podría ser mejor de todos modos.

En la Tierra, la forma más estándar de reducir el hierro involucra combustibles fósiles y oxígeno.

En otro planeta, donde no están disponibles, no es imposible que la reducción de otros metales sea potencialmente más favorable debido a la necesidad de métodos alternativos.

No es obvio si la Luna o un asteroide como Ceres o algo como Fobos podrían ser mejores que Marte debido a los pozos de menor gravedad, o Mercurio debido a las entradas solares. En cuanto a Venus, he leído sobre la posibilidad de globos flotantes muy altos en la atmósfera donde la presión atmosférica es más similar a la de la Tierra, llenos de oxígeno como gas de sustentación, pero sería reacio a caer del globo.

Sin embargo, Marte ocupa un lugar muy alto en la lista de habitabilidad detrás de la Tierra, ya sea para robots, humanos u organismos inteligentes diseñados genéticamente para resistir el vacío del espacio.

Ignorando el problema de obtener aleaciones específicas, ya que es una pregunta difícil común a todas las respuestas dadas hasta ahora, y fuera de mi conocimiento ...

Lo que quieres usar es esto: https://en.m.wikipedia.org/wiki/FFC_Cambridge_process

Electrolice el mineral de óxido de hierro en un baño de sal líquida. Ventajas de temperaturas de trabajo más bajas que una fundición (900c Vs 1200c), sin necesidad de tratar con hidrógeno (desgasificación, riesgo de explosión), evita el requisito de capturar el vapor producido por la reducción de hidrógeno. No es necesario extraer hidrógeno del agua.

Diablos, considere: el proceso Sabatier para producir metano a partir de CO2 no produce suficiente oxígeno para quemar el metano. ¿Por qué desperdiciar hidrógeno en la producción de hierro, cuando puede convertir su producción de hierro en parte de su proceso de fabricación para llegar a casa?

El calor de formación del óxido de hierro a partir de los elementos es de aproximadamente -825 kJ/mol, siendo cada mol unos 160 g de óxido de hierro (III).

https://janaf.nist.gov/tables/Fe-030.html

2 Fe + 3/2 O2 -> Fe2O3

Entonces, la reacción inversa produce 1,5 moles de oxígeno gaseoso a partir de 160 g de óxido de hierro, que son aproximadamente 48 g de oxígeno.

Cualquier proceso que tome óxido de hierro y produzca a partir de él hierro elemental y oxígeno, debe pagar al menos este gasto energético. La temperatura de descomposición del óxido de hierro es de aproximadamente 1539C, por lo que las pérdidas térmicas serían un factor importante en cualquier horno que busque separar el óxido de hierro en sus elementos constituyentes.

Alear el hierro que produce es una pequeña preocupación, los componentes de la aleación suelen ser en cantidades tan pequeñas que puede traerlos de la Tierra si no se pueden producir convenientemente en el sitio.