En el año 2099 dC, los humanos hicieron un gran descubrimiento. Hay una rica fuente de combustible fósil enterrada bajo capas de suelo marciano. Se estima que el depósito de carbón que se descubrió podría llenar hasta mil millones de barriles de petróleo y probablemente haya más por descubrir.
Si bien es tentador prenderles fuego en una configuración controlada, ¿las personas los usarán como su principal fuente de combustible o hay mejores alternativas?
Supongamos que hubo vida en la historia temprana del planeta rojo mucho antes de que lo colonizáramos.
Quemar combustibles fósiles en Marte es muy poco práctico. Quemar carbón significa consumir oxígeno, que no está fácilmente disponible en Marte. Mientras la población humana en Marte tenga que vivir en colonias ambientalmente cerradas, el oxígeno debe ser producido por plantas cultivadas a través de la fotosíntesis, liberado del agua o minerales a un costo de energía prohibitivo (más energía de la que podría obtener quemando carbón), o incluso importado de la Tierra. Mientras Marte no esté terraformado y, por lo tanto, no produzca un gran excedente de oxígeno a través de la fotosíntesis, el carbón u otros combustibles fósiles no son una opción económica para la generación de energía.
Si y cuando Marte haya sido terraformado en algo parecido a la Tierra, la quema de combustibles fósiles es tan viable como en la Tierra. Sin embargo, en ese momento, el estado del arte tecnológico y científico debe haber avanzado tanto que la quema de carbón para calentar es probablemente obsoleta de todos modos.
Si bien el carbón es una rica fuente de energía química, sin un oxidante de algún tipo, en realidad solo está sentado sobre una pila de potencial en lugar de una fuente real de energía. La mayor parte del oxígeno en Marte está ligado químicamente a las rocas (de ahí el color rojo de Marte), y separar el oxígeno de las rocas consumirá una gran cantidad de energía, mucha más en general de la que probablemente obtendrá al quemar carbón en el nuevo atmósfera marciana liberada.
Suponiendo que haya alguna razón por la que los marcianos no puedan simplemente construir o importar más reactores nucleares o plantar más paneles solares, los marcianos pueden recurrir a algún tipo de truco electroquímico para extraer la mayor cantidad de energía posible del carbón de sus suministros de oxígeno existentes. En esencia, lo que los marcianos deben hacer es crear una celda de combustible que pueda funcionar con polvo de carbón finamente pulverizado en lugar de simplemente introducir carbón en un horno y quemarlo. Las celdas de combustible evitan el límite de conversión de energía de Carnot (para el carbón y la mayoría de los tipos de combustión, esto suele ser del 30% sin algunos complementos de ingeniería realmente pesados para el proceso). Incluso alcanzar el 50% de conversión de la energía química del carbón en energía eléctrica sería una gran mejora, y esto también tiene efectos adicionales para los marcianos. incluida la eliminación de la necesidad de calderas, turbinas y sistemas de refrigeración intensivos en capital, y la fabricación de la planta de energía en sí más compacta. Este documento sugiere que la conversión a energía eléctrica podría llegar al 80%:https://str.llnl.gov/str/June01/Cooper.html
Entonces, la respuesta corta es que esto es bastante poco práctico para las personas en Marte, mientras que la respuesta más larga es "sí, bajo algunas restricciones bastante estrictas".
Es difícil imaginar cómo podríamos llevar un carguero de carbón a Marte y traerlo de vuelta, completamente cargado, sin gastar más energía de la que obtendríamos del carbón. Digamos que el barco, vacío, pesa 500 toneladas y trae 1000 toneladas de carbón.
De acuerdo con una discusión aquí en el foro de vuelo espacial de la NASA, obtener un barco de 525 toneladas a Marte requiere $ 170 millones .
Si asumimos que los costos por tonelada son los mismos para regresar (podría ser menor debido a la gravedad más débil de Marte) y que en el viaje de regreso el barco pesa 3 veces más que en el viaje de ida, entonces el costo del combustible para regresar es $ 170M * 3 = $ 510M.
Eso pone el costo total del combustible en 680 millones de dólares , para conseguir 1000 toneladas de carbón, cuyo precio de mercado en este momento es de $ 48,60 por tonelada (según Quandl ), por lo que nuestra carga nos daría cerca de $ 50.000 en el mercado libre. Eso es un muy mal retorno de la inversión.
Por suerte, uno de los principales obstáculos para la terraformación de Marte es la naturaleza profundamente tóxica de su suelo (o más bien, regolito ) causada por la abundancia de percloratos .
Del artículo, Perclorato en Marte: un peligro químico y un recurso para los humanos
El perclorato (ClO 4 − ) está muy extendido en los suelos marcianos en concentraciones entre el 0,5 y el 1 %. En tales concentraciones, el perclorato podría ser una fuente importante de oxígeno .
La extracción y el refinamiento de las sales oxidantes mediante el desmonte del regolito podría, de hecho, proporcionar un medio para quemar carbón. Por supuesto, esto consumirá energía, pero una flota de mineros a cielo abierto impulsados por energía solar podría recolectar oxígeno al mismo tiempo que extrae otros minerales útiles del suelo, por lo que el costo incremental de energía no tiene por qué ser un castigo.
¿La gente los usará como su principal fuente de combustible o hay mejores alternativas?
Más bien depende de la existencia de energía nuclear... fisión o fusión. Es casi seguro que el primero requiere envíos de barras de combustible nuclear desde la Tierra, ya que la extracción, el refinado y el enriquecimiento de uranio en el propio Marte parece ser una empresa enormemente costosa, y probablemente también llevará mucho tiempo ponerla en marcha.
Casi cualquier asentamiento en Marte requerirá cierta capacidad de generación para resistir las tormentas de polvo que podrían impedir el uso de la energía solar. A menos que la fusión ya se haya vuelto práctica cuando se forme su asentamiento, es casi seguro que tendrá un reactor nuclear (aunque posiblemente uno bastante pequeño).
Una planta de carbón podría ser suficiente, dadas las reservas adecuadas de carbón y oxígeno, pero para obtener tales reservas en primer lugar se requiere el tipo de infraestructura que casi con seguridad implica que hay una planta de energía nuclear disponible. En ese caso, ¿por qué alguien se molestaría en quemar carbón?
No, lo que parece más probable es que el carbón se utilice primero con fines científicos, aprendiendo sobre la era carbonífera marciana y las cosas que vivieron durante ella. Después de eso, podría ser procesado en hidrocarburos más complejos, por ejemplo, a través de licuefacción de carbón o un proceso de carbón a olefinas (para el cual no tengo un buen vínculo en la actualidad).
Estos hidrocarburos se pueden usar para crear otros productos químicos útiles, como polímeros o productos farmacéuticos, o tal vez combustibles que luego se pueden quemar de manera más eficiente, conveniente y limpia que el carbón (como metanol o etanol en una celda de combustible) o tal vez incluso combustible para cohetes si eso aún parecía útil, lo que depende más bien de tus niveles tecnológicos.
La calefacción y la energía a carbón en Marte parecen un último acto de desesperación, en lugar de un uso sensato de los recursos locales.
tim b
Shollus
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Emilio M Bumachar
PC Man