¿Es plausible cubrir un desierto con paneles solares autorreplicantes, utilizando solo los materiales que se encuentran en el desierto?

La arena está compuesta principalmente de$SiO_2$, mientras que la oblea de silicio utilizada en las células solares está hecha de Si puro.

Por lo tanto, esta cosa tiene que suministrar la energía necesaria para convertir el$SiO_2$en$Si$, según el camino de reacción$SiO_2 + \Delta H = Si + O_2$.

El$\Delta H$puede ser calculado por la entalpía estándar de formación de los dos componentes, siendo$1279 \ kJ/mol$

Las células solares y los circuitos electrónicos contienen, además de los chips de silicio, también dopantes del grupo III o V, como boro y fósforo, que se utilizan para ajustar las propiedades del silicio según sea necesario. En aras de este ejercicio, dado que están presentes en trazas, podemos suponer que su requisito de formación de energía es el mismo que el del silicio.

Suponiendo que el panel solar así producido tenga una eficiencia comparable a los paneles solares de última generación que tenemos hoy en día , será de alrededor del 20%, lo que significa que para producir 1 mol de Si la cosa tendrá que cosechar$1279/0.2=6395 \ kJ/mol$.

Considerando una densidad de potencia media de la radiación solar sobre el suelo como$800 \ W/m^2$, la cosa podría estar produciendo$800/1279\cdot 10^3=6 \cdot 10^{-4} mol /m^2s$.

Teniendo en cuenta que el peso atómico del silicio es 28, eso se convertiría en una tasa de acumulación de$0.017 \ g/m^2s$.

Estoy ignorando la etiqueta de ciencia dura. Todavía no tenemos la experiencia.

Aquí se requiere una ingeniería sustancial. Hagámoslo por pasos:

El paso 1 es hacer una planta de celdas solares totalmente automatizada. Sin humanos involucrados.

El paso 2 es hacer una mina autónoma que pueda extraer y refinar silicio a la pureza requerida.

El paso 3 es hacer que ambos sean móviles.

Hilo colateral:

Paso 4a Haz una máquina que pueda ensamblar otra copia de sí misma.

Paso 4b Construir una máquina que, con los recursos adecuados, pueda fabricar todas las partes que la componen.

Paso 5. Haz que la máquina 4b sea lo suficientemente buena para fabricar todas las piezas con material encontrado en el desierto. Este es un desafío: tendrá que ser capaz de hacer circuitos VSLI en una escala lo suficientemente grande como para admitir su propia IA.

El primero exitoso será una criatura 'colmena'. Muchos de los componentes serán incapaces de reproducirse: las abejas obreras. Tendrá algún tipo de planta de procesamiento, y las criaturas más pequeñas le traerán materiales. Los materiales se convertirán en células solares y las células solares se montarán para proporcionar energía.

La instalación de producción creará piezas que se pueden utilizar para hacer otra instalación de producción. Los robots se moverán una cierta distancia, unos 20 km, y comenzarán de nuevo. Una vez que una unidad de producción ha fabricado varias plantas hijas, "envejecerá" en una planta más pequeña que fabrica piezas de repuesto para el área circundante. Mientras tanto, las unidades hijas amplían el perímetro.

La IA tiene que ser lo suficientemente inteligente como para idear métodos de construcción alternativos basados ​​en lo que está disponible. Sospecho que se usará mucha roca espumada como material de soporte y vidrio templado para los miembros estructurales.

No contenga la respiración para que se instale el primero.

Voy a basar mi respuesta en la conclusión que hizo L.Dutch. Si asumimos que un panel solar se puede hacer directamente de silicio sin ningún uso de energía, podemos calcular cuánto generaría la granja solar paneles "compuestos". Los paneles solares están a punto $1.635 m^2$y sobre$18144 g$.$18144 g/ 0.017g(m^2s) = 1.07x10^6 m^2s$o$296m^2h$. Convertir esto en horas de panel solar nos da 181 horas de panel solar para crear otro panel solar. Suponiendo que su desierto esté oscuro 1/3 del tiempo, esto nos da 272 horas por panel solar para hacer un panel solar. No está mal, pero es posible que deba preocuparse por otros consumos de energía, como robots para quitar la arena de los paneles solares.

La arena también contiene carbono (en forma de carbonato de calcio), que se puede usar para hacer grafeno. El grafeno es una sustancia mucho más versátil, por lo que sería una opción superior. Una fina capa de grafeno sería súper fuerte, flexible, superconductora, capaz de almacenar electricidad y más eficiente. La arena en el fondo del océano podría incluso usarse para que los robots construyan un conducto superconductor entre los continentes de todo el mundo, de modo que todos los desiertos del mundo puedan vender energía en una red eléctrica superconductora global, de modo que los desiertos en todas las zonas horarias suministrar energía de la forma más eficiente. Esto también proporcionaría una nueva "mina de oro" para los países que tienen poca agricultura, al permitirles cosechar y vender energía solar.

En cualquier caso, tales desarrollos proporcionarían I+D para implementarlos en otros planetas y lunas del sistema solar, con la máxima eficiencia solar y el desarrollo del grafeno, lo que permitiría la producción de naves espaciales alimentadas por energía solar utilizando enormes colectores solares de grafeno desplegables. Los planetas podrían transformarse rápidamente en biosferas habitables capaces de albergar a billones de personas, con energía ilimitada de la energía solar, así como fusión, siempre y cuando esté disponible. (Sin embargo, algunos lugares, como la luna, pueden depender del silicio como material).