¿Utilizar la alta temperatura para las reacciones químicas en Venus es una forma factible de generar electricidad?

Supongo que utilizando hábitats que flotan en lo alto de la atmósfera de Venus, como lo describe Geoffrey Landis. Por lo tanto, el peso, el tamaño, etc. es una restricción, y no estaremos operando en la superficie con la presión y el calor aplastantes. Más como alrededor de 50 km sobre la superficie.

Dado digamos 1 tonelada de material. Podríamos usar eso para hacer celdas solares y baterías para almacenar su electricidad.

Mi idea alternativa era producir metano y alimentarlo a una celda de combustible de metano como la celda de combustible Redox que pesa 450 kilos y genera 25kW de electricidad. Suponga que uno obtiene hidrógeno de las nubes de ácido sulfúrico y succiona CO2 directamente del aire para generar metano utilizando la reacción de Sabatier. El hidrógeno podría fabricarse con, digamos, el ciclo de azufre híbrido.

Estas reacciones químicas requerirán altas temperaturas y supongo que podemos obtener la mayor parte de ese calor directamente de la atmósfera de Venus. Estoy especulando que se pueden usar bombas de calor para tomar, digamos, CO2 a 200 grados y convertirlo en 800 grados centígrados requeridos para el ciclo de azufre híbrido.

Los detalles no necesitan ser así. Es solo para dar un ejemplo de cómo especulo que uno podría generar electricidad y al mismo tiempo tener una forma de almacenar energía en forma de metano en lugar de usar baterías que son pesadas.

Pero no soy ingeniero químico, así que no tengo idea de qué tan factible es esto o si sería muy ineficiente en comparación con las viejas celdas solares con baterías.

Para obtener energía del calor, necesita que fluya; en otras palabras, tener una temperatura alta no es bueno a menos que tenga una temperatura fría en algún lugar. Ese sería el punto de conflicto en Venus.
@OrganicMarble: si está extrayendo energía como un motor térmico , sí, pero si la está usando como catalizador para reacciones químicas favorables con una alta energía de activación , esa es otra historia. De hecho, el uso de reacciones químicas endotérmicas como su disipador de calor tampoco está (en principio) fuera de discusión, aunque no estoy seguro de cuáles serían más prácticos.
@NathanTuggy Estaba respondiendo al comentario de "Bombas de calor" del OP.
@OrganicMarble: una bomba de calor es solo un refrigerador generalizado y consume energía para alcanzar la temperatura deseada. Dado que el OP mencionó la temperatura "requerida" para una reacción química, parece que saben que esto no es para generar energía.
Sí, y los refrigeradores tienen que rechazar el calor que recolectan del volumen enfriado a una región que es más fría que sus "radiadores".
@OrganicMarble Veo que Nathan comentó sobre el calor utilizado para impulsar reacciones químicas. Sin embargo, si se usa para crear flujo, Venus tiene, según tengo entendido, cambios de temperatura mucho mayores a medida que avanza a través de la atmósfera que en el caso de la Tierra. Es una gran diferencia de temperatura lo que es clave, ¿verdad? Podría hundir la aeronave para obtener gas caliente y luego trasladarse a áreas más frías. O use una manguera y bombee gas caliente desde el área inferior al área más fría más arriba. Mire los gráficos sobre el calor en Venus por altitud y vea lo que piensa.
Si puede encontrar alguna forma de encontrar una diferencia de temperatura, entonces puede explotarla. El bombeo de gas suena como un escenario de pérdida neta de energía a primera vista.
@OrganicMarble, ¿por qué el bombeo genera una pérdida neta de energía? Eso es lo que hacen las bombas de calor. Nadie usaría bombas de calor si perdieran energía en ellas. De todos modos, ¿la geotermia no funciona bombeando agua fría y luego bombeando agua caliente?
¿Supongo que las plantas geotérmicas bombean el agua unos cientos? ¿mil? pies... ¿a qué altura bombearían el gas? ¿Se aislarían las tuberías o se igualaría la temperatura del gas cuando llegara a la planta de energía? ¿De qué estarían hechos estos tubos colgantes? El artículo de Landis habla sobre el uso de energía solar. Suena como una mejor apuesta para mí.
Las células solares de @OrganicMarble son obvias, por lo que no es una pregunta muy interesante para explorar. Creo que ideas como estas son divertidas de explorar, ¿no son muchas de las razones por las que estamos aquí? No veo por qué uno se queda atascado discutiendo soluciones exactas. Para mí es más interesante si hay razones por las que esto no debería ser posible. Por ejemplo, ¿qué diferencias importantes existen que hacen que esto sea factible en la Tierra cuando se perfora en la Tierra frente al uso de la atmósfera en Venus? ¿Las rocas aíslan mejor? La geotermia parece una fuente de energía mucho más barata que la solar cuando se puede utilizar en la tierra. Referencia Islandia

Respuestas (1)

Mi corazonada aquí es que hay algo mal con la idea de la bomba de calor.

Bomba de calor con energía solar

Las bombas de calor suelen tener un coeficiente de rendimiento máximo de aproximadamente 4: por cada 1J de electricidad, pueden transferir 4J de calor. Los paneles solares suelen tener una eficiencia de alrededor del 25%, por cada 1J de luz solar, pueden generar 0,25J de electricidad. Entonces, para las bombas de calor que funcionan con energía solar, por cada 1J de luz solar, podría obtener 1J de calor. Estoy seguro de que el problema es obvio: puede omitir los paneles solares y la bomba de calor y simplemente usar luz solar concentrada para generar calor.

bomba de calor de propulsión nuclear

La otra fuente de energía viable es la nuclear, pero un reactor nuclear ya genera una gran cantidad de calor residual. Creo que los reactores nucleares suelen tener una eficiencia de entre el 33 % y el 50 %, por lo que por cada 1J de electricidad, obtienes 1-2J de calor residual. Eso es calor de bajo grado, y queremos calor de alto grado aquí, por lo que extraer calor de alto grado del reactor reducirá su producción eléctrica, pero la eficiencia reducida también es lo que sucedería si lleva el reactor a altitudes más bajas y más calientes, el problema está enfriando el reactor :

Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura entre la fuente de calor interna y el ambiente externo donde se vierte el calor excedente, más eficiente es el proceso para lograr el trabajo mecánico, en este caso, hacer girar un generador. De ahí la conveniencia de tener una temperatura interna alta y una temperatura baja en el ambiente externo.

La conclusión es que sería mucho mejor diseñar el reactor para que funcione a 50 km y extraer calor de alto grado directamente del reactor, esto simplificaría drásticamente la configuración y probablemente aún resultaría en una mayor eficiencia.

Otros problemas

Creo que también hay otros motivos por los que esta idea no funciona, por un lado, la diferencia de altitud vertical es de unos 10-12 km, se necesitará energía para hacer ese viaje, por ejemplo, podría implicar comprimir un gas de elevación para hacer que la aeronave descienda. El problema es que, si bien las bombas de calor se vuelven más eficientes con una fuente de calor más caliente, no estaría claro que la energía gastada en descender y luego ascender 10-12 km no se hubiera gastado mejor simplemente haciendo funcionar una bomba de calor a un altitud de 50 km.

El factor decisivo es que, si se encuentra por encima de la capa de nubes sulfúricas, obtiene abundante energía solar durante el día, pero si se encuentra por debajo de las nubes, debe depender de un reactor nuclear (ya cubierto) o de energía almacenada. Pero al menos la mitad del objetivo de generar metano es como un medio de almacenamiento de energía, usar la energía almacenada para crear más energía almacenada no suena terriblemente eficiente.

TL;DR

O vas a tener un reactor nuclear, que ya proporciona un amplio calor de alto grado, o vas a usar energía solar y querrás realizar almacenamiento de energía donde la energía es abundante sobre la capa de nubes, que por cierto también proporciona una fuente abundante de calor de alto grado en forma de luz solar concentrada.

Gracias por el aporte. Sin saber más, no me gusta la opción nuclear ya que no hay medios fáciles de reabastecerse de uranio o plutonio en Venus. También hay una cuestión práctica. El metano producido podría usarse para alimentar aeronaves, aviones o lo que sea por separado. No se puede dividir un reactor nuclear en varios motores. Con respecto a las bombas de calor. El peso y el tamaño es un factor limitante. La eficiencia es de poca importancia si la solución más eficiente no escala en tamaño o es demasiado pesada o grande. Creo que hay que abordar aspectos como
¿Utilizar la alta temperatura para las reacciones químicas en Venus es una forma factible de generar electricidad?
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