Generador de oxígeno de turbina de dióxido de carbono marciano

¿Cuánto dióxido de carbono sólido se puede recolectar en un recipiente con la parte superior nivelada con el suelo durante un invierno marciano? Pregunta complementaria: ¿Cómo llamas a un generador que funciona según las estaciones del año?

Al final del invierno con el recipiente idealmente lleno y tapado. A mediados del verano el recipiente se calienta derritiendo el dióxido de carbono sólido creando presión.

¿Cuánta presión se puede adquirir de esta manera en un año para encender un generador que funciona con un arco eléctrico o un dispositivo para romper el dióxido de carbono? El oxígeno del dióxido de carbono craqueado subiría a la parte superior del recipiente para ser recolectado. Suficiente presión atmosférica del oxígeno mantendría el dióxido de carbono como líquido separado del oxígeno. Descifrar el dióxido de carbono crearía más calor y presión dentro del contenedor para alimentar más el generador.

¿Se puede acumular suficiente hielo durante la noche para crear un generador que funcione un ciclo por día en lugar de por año?

Después de que se acabe el dióxido de carbono líquido, ¿cuánto oxígeno quedará en el recipiente?

¿Se podría extraer el hielo para ejecutar esto? ¿Puede una máquina procesar y ejecutar C O 2 y H 2 O por un O 2 por producto?

Combiné la pregunta con otra pregunta que estaba a punto de marcarse como duplicada porque eran muy similares. Pido disculpas por las molestias si tiene que agregar a su respuesta. Las respuestas deberían seguir siendo válidas.

https://astronomy.stackexchange.com/questions/28232/qué-groso-o-profundo-se-acumula-el-dióxido-de-carbono-sólido-en-marte

Si se cumplen las condiciones de temperatura y presión para que el dióxido de carbono se congele durante el invierno marciano, se congelará en todas partes del suelo, no solo dentro del contenedor. Idealmente, la altura del depósito de hielo será la misma dentro y fuera del contenedor.
Descifrar el dióxido de carbono con energía eléctrica no es tan fácil. Si logras dividir algunas moléculas en el arco eléctrico, se recombinarán nuevamente cerca del arco. Dividir el dióxido de carbono por electrólisis es difícil.
@Uwe, la NASA planea hacerlo con electrólisis y un catalizador. nasa.gov/sites/default/files/atoms/files/fs_moxie_150908.pdf Tenga en cuenta que no lo están reduciendo a carbono sólido, sino a monóxido de carbono, que se ventilaría a la atmósfera.
@Muze, el motor térmico que usted describe básicamente es una forma muy indirecta de recolectar energía solar. Las celdas fotovoltaicas hacen el trabajo sin plomería y sin partes móviles.
@SolomonSlow es parte de un motor que produce oxígeno de la atmósfera.
El aparato que describió produce oxígeno, pero producir oxígeno a partir de CO2 requiere energía (es decir, trabajo ). Describió un motor , impulsado por variaciones estacionales de temperatura, que hace el trabajo. Pero el cambio de temperatura estacional es causado por el sol. En última instancia, su aparato funciona con energía solar. Eso sugiere una simplificación (simple es bueno, especialmente cuando estás a cien millones de millas de casa): desecha el complicado motor térmico y simplemente usa células solares para recolectar la energía que necesitas para descifrar el CO2.
@SolomonSlow Sí, pero los paneles solares no pueden poner CO2 en un contenedor, y la turbina generaría más energía con menos peso que las células solares. Digamos que obtiene un contenedor lleno de oxígeno agrietado por células solares, el contenedor aún estaría bajo presión. Podrías almacenar energía mecánicamente sin baterías por presión y químicamente en forma de oxígeno combustible.
Re: "La turbina produciría más energía usando menos peso que las células solares". ¿Usando menos peso? ¡Vuelva a leer la respuesta de Steve Linton! Él dice que si su sistema es 100% eficiente (lo cual, no será ni mucho menos), entonces obtendrá solo 160 g de oxígeno por cada 10 kg de nieve de CO2 que recolecte. Y, ¿usted está proponiendo hacerlo en un ciclo anual? ¿Cuánto oxígeno necesitará la colonia para sobrevivir durante un año entero? Vas a utilizar recipientes a presión que pueden contener 100 veces más CO2, y vas a necesitar la maquinaria que pueda recolectar la nieve y empacarla...
...Y aún necesitará un colector solar de alguna forma, no paneles fotovoltaicos, sino algo pintado de negro para absorber la luz solar y proporcionar el calor necesario para hacer funcionar su motor térmico (es decir, para proporcionar el calor necesario para vaporizar el CO2 almacenado para que impulse su turbina). Tal vez la superficie de los recipientes a presión en sí mismos pueda funcionar como absorbente de calor solar, o tal vez no. Eso es un detalle de ingeniería que habría que resolver.
@SolomonSlow En el polo norte, la temperatura sería lo suficientemente alta como para no necesitar esto para el verano, el CO2 estaría en una forma súper sólida o líquida en el contenedor o la presión se puede liberar periódicamente a medida que se derrite. Usaría celdas solares para mantener el agrietamiento dentro del tanque durante todo el año, lo que también genera calor. Sin embargo, el contenedor pintado de negro aumentaría la eficiencia. El principio es una especie de máquina de vapor.

Respuestas (1)

Sí, en principio a ambas preguntas, ¿por qué no? Sin embargo, podemos calcular la energía máxima que podría obtener del generador. La presión de vapor de C O 2 a 0C es de alrededor de 4MPa, por lo que en un mundo perfecto, obtienes una expansión de volumen de aproximadamente 4 METRO PAG a / 600 PAG a o 6400.

La fórmula del trabajo por mol realizado por la expansión isotérmica de un gas es

R T yo norte ⁡ ( V F i norte a yo / V i norte i t )

que aquí nos da aproximadamente 8.6 k j / metro o yo , mucho menos que los aproximadamente 1600 k j / metro o yo necesarios para romper los enlaces carbono-oxígeno en C O 2 .

Entonces, suponiendo un generador eléctrico y un cracker perfectamente eficientes (que no produzcan calor residual), tendría suficiente energía para crackear aproximadamente el 0.5% ( 8.6 / 1600 ) de El C O 2 te atrapaste. Eso produce 32 g de oxígeno y 12 g de carbono a partir de 44 g de C O 2 , utilizando la energía generada por unos 10 kg de C O 2 escapando a través de su turbina.

Este artículo me parece muy pertinente a la cuestión del uso de la energía eléctrica (ya sea de este tipo de turbinas, ya sea eólica, solar o nuclear) para extraer oxígeno de C O 2 . El trabajo parece prometedor, pero actualmente se encuentra en una etapa muy temprana y requiere catalizadores costosos, un suministro de agua muy pura C O 2 etc. La eficiencia es relativamente buena, pero aún no es del 100% y los productos son O 2 y C O . Esto significa que algo de oxígeno se "desperdicia" como CO, pero por otro lado se necesita mucha menos energía para hacer esta conversión, por lo que una fracción mayor del C O 2 puede ser agrietado. Basado en la misma aproximación aproximada que la anterior, 10 kg de C O 2 atrapado podría crear quizás 160 g de oxígeno asumiendo una eficiencia perfecta. Siendo realistas, considerablemente menos.

En la práctica, existen desafíos formidables adicionales. Una superficie expuesta al espacio en la noche de invierno marciano será lo suficientemente fría para C O 2 para condensarse en él, pero (a) necesitaría soplar una gran cantidad de aire marciano delgado sobre la superficie y (b) necesitaría eliminar e irradiar el calor latente liberado por el C O 2 a medida que se solidifica. De lo contrario, solo obtendrías una capa muy delgada. Luego, debe recuperar la energía de manera eficiente de un flujo de gas de densidad extremadamente baja y encontrar una solución química muy eficiente para "no quemar" el carbono. También necesitaría permitir que el líquido C O 2 calentarse a medida que la evaporación en su generador lo enfría, lo que limitará la energía que puede extraer.

Nota: Esto reemplaza mi respuesta anterior que usaba la fórmula incorrecta para la energía liberada por el gas en expansión, lo que lleva a una respuesta final severamente incorrecta

...y estás gastando energía para almacenar CO2 cuando es más escaso, para recuperarlo durante la temporada de energía abundante.
Generador de oxígeno de turbina de dióxido de carbono marciano
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