¿Vía monoreactante para energía eléctrica y empuje usando solo hidrógeno?

En Space Engineers, el hidrógeno se emplea como combustible tanto para la propulsión como para la energía eléctrica (a través del propulsor de hidrógeno y el motor de hidrógeno, respectivamente). Esto me parece poco realista, y estoy considerando crear un mod para el juego que altere estos caminos para representar con mayor precisión la química y la física del mundo real.

Por lo tanto, tengo curiosidad por saber si se trata de una simplificación a los efectos del equilibrio/desarrollo del juego, o si existen medios válidos y viables para extraer trabajo de una materia prima de H2 puro.

El comportamiento es así:

  • Empuje: los propulsores consumen pequeñas cantidades de hidrógeno mientras están inactivos y luego mucho más para generar empuje. No se requiere ninguna otra entrada al sistema (ni siquiera energía eléctrica, aunque debido al siguiente esquema, se podría suponer que aquí se está haciendo lo mismo para generar energía). El consumo de H2 es luminiscente y suficiente para causar daños si uno está lo suficientemente cerca y en línea con la boquilla de escape, así que asumo que esto no es simplemente ventilar gas presurizado al espacio.
  • Energía eléctrica: el hidrógeno se consume para producir energía eléctrica, el motor de hidrógeno en sí parece un motor alternativo de combustión interna, que obviamente no es el comportamiento modelado (que requeriría oxígeno), pero ¿hay alguna vía legítima solo de hidrógeno? El propio hidrógeno se puede extraer del hielo utilizando el 10% de la energía que produce el hidrógeno resultante en este motor.

Suponiendo que tengo razón en que ninguno de estos tiene ningún sentido físico real, ¿cuál es la vía más eficiente en masa para la producción de energía en ambas formas, utilizando cualquiera (o cualquier combinación) de los siguientes materiales disponibles como reactivos o catalizadores?

  1. Oxígeno
  2. Hierro
  3. Cobalto
  4. Silicio
  5. Níquel
  6. Magnesio
  7. Plata
  8. Oro
  9. Platino
  10. Uranio
  11. Grava (roca estéril, déjeme saber qué material común supone que representa para sus propósitos)
  12. Electricidad
  13. Calor
Funciona, pero requiere tecnología de fusión de hidrógeno modular compacta. ¡Ni siquiera fusión DT, sino fusión PP!
@PcMan Tengo entendido que iniciar una reacción de fusión debería requerir una buena cantidad de energía eléctrica para iniciarla, ¿no? ¿O ese costo es trivial frente a la energía liberada en los primeros momentos de la reacción?
¿Cuál es la parte irreal? El hidrógeno puede quemarse (procesos de oxidación que pueden generar empuje) o usarse para electricidad en una electrólisis inversa en celdas de hidrógeno. Sin embargo, el empuje no es mucho, que yo sepa. Editar: una búsqueda rápida en Google y, según la NASA, la quema puede poner un cohete en el espacio.
Hay algunas investigaciones que sugieren que el hidrógeno metálico puede ser estable y podría usarse como un monopropulsor inmensamente poderoso, por ejemplo , iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/215/1/012194 sintetizado con éxito todavía, no se sabe si esto es cierto.
@El proceso de oxidación de trioxidano requiere oxígeno. El sistema, tal como está, quema hidrógeno puro y nada más. Si también necesitara oxígeno, estaría de acuerdo contigo.
La quema es una reacción de oxidación. Entonces, si dicen quemar, deben tener un oxidante. Si no lo hacen, no se está quemando. Como es una sola molécula, no puede descomponerse más para liberar energía, por lo que es inútil como monocombustible. Si ese es el problema, entonces sí, estoy completamente de acuerdo en que necesita algo más como monocombustible u oxígeno agregado.
@Trioxidane No digo 'quemar' en la pregunta, fue una abreviatura en el comentario para 'consumir'. (Arde como en dinero, no como en combustión). Pero mi sensación es que no tienen que usar oxígeno porque del mismo hielo que electrolizaste para el combustible H2, también recolectaste aire respirable de O2.
Es posible que desee investigar la reacción entre el hidrógeno y el ácido clorhídrico sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0022508880901617

Respuestas (3)

Hace mucho tiempo (en la década de 1950), Robert A. Heinlein usó "H simple": hidrógeno monoatómico estabilizado (generalmente almacenado como líquido, presumiblemente a temperaturas criogénicas, aunque esto nunca se mencionó) en varias de sus novelas e historias ambientadas en el mismo universo que The Moon is a Harsh Mistress , The Rolling Stones , etc. Lo usó principalmente porque era la masa de reacción final para un cohete térmico de fisión: la partícula de escape más liviana posible y sin sumidero de energía para la disociación, por lo tanto, la más alta posible. velocidad de escape, además de (postuló) ser capaz de recombinarse catalizada para funcionar como un monopropulsor "químico" para propulsores de actitud y similares.

Obviamente, este último también podría hacer girar un generador a través de una turbina, o proporcionar energía para que un motor térmico impulse un generador para producir energía eléctrica. Single-H también sería una buena entrada para un sistema de fusión catalizado, ya que nuevamente no habría necesidad de proporcionar la energía de activación para disociar las moléculas antes de que puedan fusionarse, y la fusión de PP catalizada produciría suficiente flujo de neutrones para hacer estar demasiado cerca del reactor es bastante peligroso (sin mencionar que es muy malo para los materiales, pero los juegos a menudo no cubren esos detalles). En cualquier caso, "quemar" hidrógeno por fusión es una abreviatura de larga data de SF, que se remonta al menos a las historias de Known Space de Larry Niven a partir de la década de 1960.

En realidad, el monohidrógeno no es posible en grandes volúmenes, ¿verdad? En el momento en que alcance otro átomo de hidrógeno, se combinará en H². Si encuentra algo más, intentará vincularse a él. Me parece muy inestable, ya que el más mínimo cambio desde el cero absoluto desencadenaría una reacción en cadena. Aunque no estoy seguro de si H¹ tiene electrones para dar. ¿No es la falta de uno lo que lo obliga a combinarse?
Por eso es una solución de ciencia ficción, @Trioxidane
Heinlein en los años 50 NO fue "hace mucho tiempo". Lo leí en los años 50.
@JustinThymetheSecond Cualquier cosa antes de que yo naciera (finales de 1959, justo después de que se celebrara el estado hawaiano) es "hace mucho tiempo"...
Tus padres deben haber sido historia antigua, entonces. Espera, eso me convierte en "historia antigua".
@JustinThymetheSecond Una vida humana (después de todo, tengo más de 60 años) es "hace mucho tiempo". Y no, la historia antigua es un periodo concreto (época romana y más antigua, más o menos). Sin embargo, en estos días, la "historia" comienza con cosas que sucedieron después de que dejé la universidad. Renuncia de Nixon, cheque. Billy cerveza, sí. La broma en cámara de Reagan sobre los bombarderos, sin duda. Iba de camino al trabajo cuando el primer avión chocó contra una torre el 11 de septiembre. La historia no tiene que ser antigua.
@Zeiss Ikon Cuando enseñaba historia, les decía a mis alumnos 'Cuando estaba en la escuela secundaria, nunca tuve que aprender sobre la crisis de los misiles en Cuba o la Guerra Fría o el aterrizaje en la Luna en la clase de historia'. Me preguntaron '¿Por qué?' Les dije 'Porque aún no había sucedido'. Pregúnteles a sus nietos qué es 'historia antigua'. (Sin mayúsculas 'a', 'h') Todo es relativo.

Fusión de iones de hidrógeno. Esto explica el brillo. ¡Radiación! Su motor genera energía a través de la fusión de hidrógeno. Eso no es ciencia ficción particularmente exótica. https://en.wikipedia.org/wiki/Fusion_power#Deuterio,_tritio

Propulsor de iones de hidrógeno. Nada demasiado nervioso aquí tampoco. https://en.wikipedia.org/wiki/Ion_thruster A tu motor de fusión le gustan los isótopos pesados ​​de hidrógeno, lo que te deja con el 99 % del hidrógeno normal. ¡Conviértalo en iones, acelere magnéticamente a 0.9c usando su energía y sáquelo por la parte de atrás! ¡Cortejar! ¡Zoom!

Oxígeno

(...) ¿Cuál es la vía de mayor eficiencia de masa para la producción de energía en ambas formas, utilizando cualquiera (o cualquier combinación) de los siguientes materiales disponibles, ya sea como reactivos o catalizadores?

El oxígeno se utiliza tanto para quemar como para generar electricidad. En ambos sentidos, el hidrógeno se combina con el oxígeno y puede liberar un electrón debido al enlace. Aunque el resultado es el mismo, el agua, la forma en que se hace libera la energía de manera diferente. El oxígeno es el más ligero del grupo con el que se puede combinar el hidrógeno, por lo que tiene más sentido en la relación masa-energía. Con la quema obviamente necesitas calor como "catalizador".

¿Estoy en lo cierto al suponer que para usar de manera eficiente la reacción de H2+O2 para generar energía, debe volver a agregar exactamente el O2 que se separó eléctricamente para aislar el H2? ¿Haciendo que el proceso tenga energía negativa en el viaje de ida y vuelta (aunque reduciendo en gran medida el tamaño del equipo que necesita moverse) y necesitando alguna otra fuente para el O2 de soporte vital?
@WilliamWalkerIII, tiene razón, señor. Un viaje de ida y vuelta siempre tendrá energía negativa, independientemente de lo que uses. El hidrógeno está destinado a almacenar energía temporalmente. Al igual que una vez se produjo el uranio, almacenando parte de la energía del sol en sus enlaces complejos. Si creas Hidrógeno, necesitas devolver la cantidad exacta de O2 con una oxidación perfecta. Al igual que con otras fuentes, se necesita algo de O2 adicional para el soporte vital. Aunque podría investigar el Hidrógeno 3. Eso podría ser un monocombustible, pero no es seguro para mí.
¿Vía monoreactante para energía eléctrica y empuje usando solo hidrógeno?
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