¿Podemos enfriar la Tierra disparando potentes láseres al espacio? [cerrado]

¡Su idea de enfriar la Tierra disparando fotones al espacio es en realidad lo que ya está sucediendo ahora! Sin embargo, en lugar de un láser, la Tierra se enfría por la radiación del cuerpo negro. La Tierra irradia un$\mathrm{\approx 300~^\circ K}$(temperatura ambiente) espectro de cuerpo negro con un pico en$\mathrm{kT=\frac{1}{40}eV}$que es un poco más rojo que un láser infrarrojo. La Tierra también recibe radiación del Sol y una$\mathrm{3 ~^\circ K}$espectro de cuerpo negro del fondo cósmico de microondas (CMBR). En general, la Tierra está en equilibrio (su temperatura es constante), por lo que irradia tanta energía como la que recibe.

La potencia total radiada por la Tierra es:

¡Se necesitarían algunos láseres CW realmente grandes para competir con esto!

El calor ambiental es energía de bajo grado. No puede aprovecharlo de manera efectiva para que haga trabajo (que es una transferencia de energía, es decir, encender un láser que en sí mismo es una máquina para transferir energía) porque no tiene a dónde fluir de manera efectiva. Si pudieras, no tendríamos problemas de energía. En absoluto. Luego, podría aprovechar el calor residual de las máquinas y hacer máquinas de movimiento perpetuo (o casi), o hacer que fluya fácilmente en otro lugar si hay demasiado (que era el objetivo de un láser elegante para empezar). En realidad, es como tratar de impulsar una presa o drenar el agua cuando la elevación en todas partes es la misma.

Necesitaría algo con el mismo concepto fundamental de un refrigerador que usa una entrada de energía de alto grado (electricidad) para hacer trabajo. Ese trabajo es empujar energía de bajo grado de un lugar a otro porque la energía de bajo grado no quiere fluir a ninguna parte por sí misma. El láser en este caso actúa como un disipador de calor activo para desviar la energía una vez que se recolecta.

El problema es que esto consume la buena energía que tiene, que podría ser escasa, y en sí misma también produce calor residual cuando se usa. Entonces, también necesita un mecanismo para llevar ese nuevo calor residual al láser o, si no puede, alguna forma de alejar ese calor sin el láser (que era su problema original) para que no tenga una acumulación neta de calor. Es casi un Catch-22.

No imposible pero duro. Casi necesitaría un elevador espacial de un refrigerador para desviar el calor hacia la maquinaria en el espacio donde podría hacer algo para disipar donde el calor residual del proceso también podría disiparse sin terminar inmediatamente en la Tierra. Olvídate del láser. Podría ser tan "simple" como un enorme disipador de calor rojo o blanco brillante que irradia calor de manera ineficiente hacia el vacío del espacio (y con suerte no de regreso a la Tierra) a través de la radiación del cuerpo negro. Te recordaré por qué el sol brilla en este punto), pero puedes ver los problemas.

En realidad lo que describí es básicamente lo que es un sistema de aire acondicionado dividido pero a escala de ascensor espacial. Están dispuestos estructuralmente de la misma manera por la misma razón. La división evita que el calor de la maquinaria regrese al área que está tratando de enfriar.

Tu propuesta es aumentar el albedo efectivo de la Tierra, y en principio podría funcionar. Sin embargo, no hay necesidad de los láseres gigantes, probablemente más eficientes y mucho más baratos solo para usar espejos.

Buena idea... pero los láseres obtienen su energía de la electricidad. Si tuviéramos mucha electricidad de repuesto, podríamos dejar de generar más y reducir la producción de energía de las centrales eléctricas alimentadas con carbón o gas.

Entonces, sí, sería bueno para el planeta usar esa electricidad para calentar nuestros hogares, etc., pero realmente no tiene sentido dispararla al espacio.

... ¿podríamos enfriar la atmósfera simplemente disparando esa energía no deseada a otro lugar?

Sí, pero solo haciendo que nuestros problemas sean peores de lo que ya son. Una bomba de calor elimina el calor no deseado (así es como funciona un refrigerador), pero se necesita energía para que una bomba de calor funcione. O esta energía proviene de recursos no renovables, lo que genera más calor y empeora nuestros problemas energéticos, o proviene de recursos renovables como la energía solar. Pero usar energía de recursos renovables para exportar el calor que ha generado al consumir recursos no renovables no tiene sentido: simplemente reemplace los recursos no renovables con los recursos renovables en primer lugar.

Aquí hay una analogía: ha encendido un fuego en su habitación para hacer funcionar una máquina de vapor que genera toda su electricidad. Pero el fuego está haciendo que la habitación esté demasiado caliente y desea hacer funcionar una unidad de aire acondicionado para enfriar la habitación. Podría encender un fuego más grande para generar más electricidad para hacer funcionar la unidad de aire acondicionado, pero eso empeora su problema. O puede instalar paneles solares para generar electricidad para alimentar la unidad de aire acondicionado, pero si tiene paneles solares, ¿por qué necesita su máquina de vapor y fuego?

Como dicen otras respuestas ... Su problema es que el acto de bombear energía a la fuerza de un lugar a otro, más allá de lo que haría la naturaleza misma, requiere energía adicional.

Entonces, por ejemplo, mover el calor del interior de la nevera al exterior cuesta energía adicional. De manera informal (no literalmente a escala), puede pensar que el interior del refrigerador pierde 100 unidades de energía térmica, por lo que se enfría. Pero el exterior, la habitación y, en última instancia, el planeta en su conjunto, gana 110 unidades de energía térmica: 100 unidades movidas desde el interior del refrigerador, pero también 10 unidades adicionales del trabajo que debe hacer la bomba, para mover esas 100 unidades desde el interior. a fuera. En general, el planeta se calienta.

Tus láseres harán lo mismo. Enviarán 100 unidades de energía térmica al espacio, pero para hacerlo se necesitarán 10.000 unidades adicionales de calor en la habitación, o en el planeta en general. (No literalmente a escala). Los láseres grandes requieren mucha energía para encenderse.

De manera similar, con cualquier cosa que recopile calor de bajo grado y lo concentre como calor de alta densidad, o recopile energía solar para bombear calor. Todo esto agregará más calor al planeta del que eliminan, ya que mueven el calor.

Si desea eliminar el calor de la tierra, las mejores formas son 1) dejar de agregar calor, o ser más eficiente energéticamente y reducir la energía que usa en la tierra, 2) facilitar el escape del calor (reducir los mecanismos de retención de calor: CO2 , metano, etc), 3) trasladar el consumo de energía al espacio.

Método barato y eficaz: Deberíamos pintar de blanco los tejados y las calles.

Además, una pequeña parte del Sahara actualmente sería suficiente para suministrar electricidad a los humanos a partir de células solares. En el resto del Sahara podría haber células solares para alimentar sus láseres. Pero esto solo es posible si la pérdida de energía de las celdas y los láseres que escapan al medio ambiente es menor que la parte de la luz solar que no sale de la tierra como radiación reflejada y la calienta.

De los comentarios:

¿Cómo se alimentarían los láseres? – DJohnM

Ya sea con energía obtenida de fuentes renovables o con energía nuclear – DJG

La respuesta depende mucho de la fuente de energía.

Disparar láseres al espacio transferirá energía desde la Tierra.

Por ejemplo, consideremos una planta nuclear que utiliza$^{235}$tu$^{235}$U almacena energía en forma de energía de enlace del núcleo. Al usar uranio en una planta, liberas esta energía. Una parte podría usarse para su láser, otra parte se disipará inevitablemente en forma de calor en la Tierra. Así que el resultado inmediato será calentar el planeta.

A su vez, si no usa$^{235}$U en una planta de energía, se descompondrá por sí mismo con una vida media de 703,8 Ma, por lo que eventualmente calentará el planeta. El uso de una planta a base de uranio en su aplicación podría ayudar a enfriar el planeta en una escala de tiempo de mil millones de años, que es demasiado tiempo para ayudar con los cambios climáticos.

Para cualquier otra fuente de energía, necesitaría rehacer un análisis similar.