Einreaktionsweg für elektrische Leistung und Schub nur mit Wasserstoff?

In Space Engineers wird Wasserstoff als Brennstoff sowohl für den Antrieb als auch für die elektrische Energie (über das Wasserstofftriebwerk bzw. den Wasserstoffmotor) verwendet. Das erscheint mir unrealistisch, und ich denke darüber nach, einen Mod für das Spiel zu erstellen, der diese Pfade verändert, um die Chemie und Physik der realen Welt genauer darzustellen.

Daher bin ich gespannt, ob dies eine Vereinfachung für die Zwecke der Spielentwicklung / des Gleichgewichts ist oder ob es gültige, praktikable Mittel gibt, um Arbeit aus einem Ausgangsmaterial aus reinem H2 zu extrahieren.

Das Verhalten ist also:

  • Schub – Triebwerke verbrauchen im Leerlauf kleine Mengen Wasserstoff und dann viel mehr, um Schub zu erzeugen. Es ist keine andere Eingabe in das System erforderlich (nicht einmal elektrischer Strom, obwohl aufgrund des folgenden Schemas angenommen werden könnte, dass hier dasselbe getan wird, um Strom zu erzeugen). Der Verbrauch von H2 ist lumineszierend und reicht aus, um Schäden zu verursachen, wenn man sich nahe genug und in einer Linie mit der Auslassdüse befindet, also gehe ich davon aus, dass dies nicht einfach Druckgas in den Weltraum ablässt.
  • Elektrischer Strom – Wasserstoff wird zur Erzeugung von elektrischem Strom verbraucht, der Wasserstoffmotor selbst sieht aus wie ein Hubkolben-Verbrennungsmotor, was offensichtlich nicht das modellierte Verhalten ist (das Sauerstoff erfordern würde), aber gibt es einen legitimen Weg nur für Wasserstoff? Wasserstoff selbst kann mit 10 % der Energie, die der entstehende Wasserstoff in diesem Motor liefert, aus Eis gewonnen werden.

Angenommen, ich liege richtig, dass keines von beiden einen wirklichen physikalischen Sinn ergibt, was ist der masseeffizienteste Weg zur Stromerzeugung in beiden Formen unter Verwendung eines (oder einer beliebigen Kombination) der folgenden verfügbaren Materialien entweder als Reaktanten oder Katalysatoren?

  1. Sauerstoff
  2. Eisen
  3. Kobalt
  4. Silizium
  5. Nickel
  6. Magnesium
  7. Silber
  8. Gold
  9. Platin
  10. Uran
  11. Kies (Abfallgestein, lassen Sie mich wissen, welches übliche Material dies Ihrer Meinung nach für Ihre Zwecke darstellt)
  12. Elektrizität
  13. Hitze
Es funktioniert, erfordert aber eine kompakte modulare Wasserstofffusionstechnologie. Nicht einmal DT-Fusion, sondern PP-Fusion!
@PcMan Mein Verständnis ist, dass das Starten einer Fusionsreaktion eine angemessene Menge elektrischer Energie erfordern sollte, um sie zu starten, oder? Oder sind diese Kosten angesichts der Energie, die in den ersten Momenten der Reaktion freigesetzt wird, trivial?
Was ist der unrealistische Teil? Wasserstoff kann sowohl verbrannt (Oxidationsprozesse, die Schub erzeugen können) als auch in einer umgekehrten Elektrolyse in Wasserstoffzellen für Strom verwendet werden. Der Schub ist meines Wissens aber nicht viel. Bearbeiten: Eine schnelle Google-Suche und laut NASA-Brennen kann eine Rakete in den Weltraum bringen.
Es gibt einige Forschungsergebnisse, die darauf hindeuten , dass metallischer Wasserstoff stabil sein und als ungemein starkes Monotreibstoff verwendet werden könnte, z. B. iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/215/1/012194 erfolgreich synthetisiert, es ist nicht bekannt, ob dies wahr ist.
@Trioxidane Der Oxidationsprozess erfordert Sauerstoff. Das System verbrennt in seiner jetzigen Form reinen Wasserstoff und sonst nichts. Wenn es auch Sauerstoff brauchte, würde ich Ihnen zustimmen.
Brennen ist eine Oxidationsreaktion. Wenn sie also brennen sagen, müssen sie ein Oxidationsmittel haben. Wenn sie es nicht tun, brennt es nicht. Da es sich um ein einzelnes Molekül handelt, kann es nicht weiter zerfallen, um Energie freizusetzen, daher ist es als Monobrennstoff nutzlos. Wenn das das Problem ist, dann ja, ich stimme voll und ganz zu, dass es etwas anderes als Monokraftstoff oder zusätzlichen Sauerstoff braucht.
@Trioxidane Ich sage nicht "verbrennen" in der Frage, es war eine Abkürzung im Kommentar für "verbrauchen". (Verbrennen wie Geld, nicht wie Verbrennen). Aber ich habe das Gefühl, dass sie keinen Sauerstoff verwenden, weil Sie aus demselben Eis, das Sie für den H2-Brennstoff elektrolysiert haben, auch O2-Atemluft gewonnen haben.
Vielleicht möchten Sie die Reaktion zwischen Wasserstoff und Salzsäure auf sciencedirect.com/science/article/abs/pii/0022508880901617 untersuchen

Antworten (3)

Vor langer Zeit (in den 1950er Jahren) verwendete Robert A. Heinlein „Single-H“ – stabilisierten einatomigen Wasserstoff (normalerweise als Flüssigkeit gespeichert, vermutlich bei kryogenen Temperaturen, obwohl dies nie erwähnt wurde) in einer Reihe seiner Romane und Geschichten, die eingesetzt haben das gleiche Universum wie The Moon is a Harsh Mistress , The Rolling Stones usw. Er benutzte es hauptsächlich, weil es die ultimative Reaktionsmasse für eine thermische Spaltrakete war - das leichtestmögliche Abgasteilchen und keine Energiesenke für die Dissoziation, daher höchstmöglich Abgasgeschwindigkeit - sowie (er postulierte) die Fähigkeit zur katalysierten Rekombination, um als "chemischer" Monotreibstoff für Lagetriebwerke und dergleichen zu arbeiten.

Letzteres könnte natürlich auch über eine Turbine einen Generator antreiben oder eine Wärmekraftmaschine mit Energie versorgen, um einen Generator zur Erzeugung elektrischer Energie anzutreiben. Single-H wäre auch ein guter Input für ein katalysiertes Fusionssystem, da es wiederum nicht erforderlich wäre, die Aktivierungsenergie bereitzustellen, um die Moleküle zu dissoziieren, bevor sie fusioniert werden können – und die katalysierte PP-Fusion würde genügend Neutronenfluss erzeugen, um dies zu erreichen zu nah am Reaktor zu sein ist ziemlich gefährlich (ganz zu schweigen davon, dass es sehr schlecht für Materialien ist, aber Spiele behandeln solche Details oft nicht). Das „Brennen“ von Wasserstoff durch Fusion ist ohnehin eine seit langem bestehende Abkürzung von SF, die mindestens auf Larry Nivens Known Space- Geschichten zurückgeht, die in den 1960er Jahren beginnen.

In Wirklichkeit ist Mono-Wasserstoff bei großen Volumina nicht möglich, oder? Sobald es ein anderes Wasserstoffatom erreicht, verbindet es sich zu H². Wenn es etwas anderes findet, versucht es, sich daran zu binden. Es scheint mir sehr instabil, da die kleinste Änderung vom absoluten Nullpunkt eine Kettenreaktion auslösen würde. Obwohl ich nicht sicher bin, ob H¹ Elektronen abzugeben hat? Zwingt das Fehlen eines solchen nicht zur Kombination?
Deshalb ist das eine Science-Fiction-Lösung, @Trioxidane
Heinlein in den 50er Jahren war NICHT "lang her". Ich habe ihn in den 50er Jahren gelesen.
@JustinThymetheSecond Alles, bevor ich geboren wurde (Ende 1959, kurz nachdem die hawaiianische Eigenstaatlichkeit gefeiert wurde), ist „lang her“ …
Deine Eltern müssen also uralt gewesen sein. Warten Sie, das macht mich zu einer "alten Geschichte".
@JustinThymetheSecond Ein menschliches Leben (ich bin schließlich über 60) ist "lang her". Und nein, die alte Geschichte ist eine bestimmte Periode (Römerzeit und älter, mehr oder weniger). Heutzutage beginnt „Geschichte“ jedoch mit Dingen, die passiert sind, nachdem ich das College verlassen habe. Nixon Rücktritt, check. Billy Bier, ja. Reagans On-Camera-Witz über die Bomber, keine Frage. Ich war auf dem Weg zur Arbeit, als am 11. September das erste Flugzeug einen Turm traf. Geschichte muss nicht alt sein.
@Zeiss Ikon Als ich Geschichte unterrichtete, sagte ich meinen Schülern: „Als ich in der High School war, musste ich im Geschichtsunterricht nie etwas über die Kubakrise oder den Kalten Krieg oder die Landung auf dem Mond lernen.“ Sie fragten: „Warum?“ Ich sagte ihnen: „Weil es noch nicht passiert war.“ Fragen Sie Ihre Enkelkinder, was „alte Geschichte“ ist. (Keine Großbuchstaben „a“, „h“). Es ist alles relativ.

Fusion von Wasserstoffionen. Dies erklärt das Leuchten. Strahlung! Ihr Motor erzeugt Strom durch Wasserstofffusion. Das ist kein besonders exotisches Sci-Fi. https://en.wikipedia.org/wiki/Fusion_power#Deuterium,_tritium

Wasserstoff-Ionen-Triebwerk. Auch hier nichts zu kantig. https://en.wikipedia.org/wiki/Ion_thruster Ihr Fusionsmotor mag die schweren Wasserstoffisotope, wodurch Sie 99 % des regulären Wasserstoffs erhalten. Zerstöre es in Ionen, beschleunige es mit deiner Energie magnetisch auf 0,9 °C und hau es hinten raus! Umwerben! Zoomen!

Sauerstoff

(...) Was ist der masseeffizienteste Weg zur Stromerzeugung in beiden Formen, unter Verwendung eines beliebigen (oder einer beliebigen Kombination) der folgenden verfügbaren Materialien entweder als Reaktanten oder Katalysatoren?

Sauerstoff wird sowohl zum Verbrennen als auch zur Stromerzeugung verwendet. In beiden Fällen verbindet sich der Wasserstoff mit dem Sauerstoff und kann aufgrund der Bindung ein Elektron freisetzen. Obwohl das Ergebnis das gleiche ist, Wasser, setzt die Art und Weise, wie es gemacht wird, die Energie anders frei. Sauerstoff ist das leichteste der Gruppe, mit dem sich Wasserstoff verbinden kann, daher ist es im Verhältnis von Masse zu Energie am sinnvollsten. Beim Verbrennen braucht man natürlich Wärme als "Katalysator".

Gehe ich richtig in der Annahme, dass Sie zur effizienten Nutzung der H2 + O2-Reaktion zur Energieerzeugung genau das O2 wieder hinzufügen müssen, das elektrisch getrennt wurde, um das H2 zu isolieren? Den Prozess auf dem Hin- und Rückweg sowohl energienegativ machen (obwohl die Größe der Ausrüstung, die sich bewegen muss, erheblich reduzieren) als auch eine andere Quelle für lebenserhaltendes O2 erforderlich machen?
@WilliamWalkerIII Sie haben Recht, Sir. Eine Rundfahrt wird immer Energie negativ sein, was auch immer Sie verwenden. Der Wasserstoff soll Energie zwischenspeichern. Ähnlich wie einst Uran produziert wurde, speicherte es einen Teil der Sonnenenergie in seinen komplexen Bindungen. Wenn Sie Wasserstoff erzeugen, müssen Sie die genaue Menge an O2 mit einer perfekten Oxidation zurückgeben. So ähnlich wie bei anderen Quellen wird etwas zusätzliches O2 zur Lebenserhaltung benötigt. Obwohl Sie sich Hydrogen 3 ansehen könnten. Das könnte ein Monokraftstoff sein, aber es ist mir nicht sicher.
Einreaktionsweg für elektrische Leistung und Schub nur mit Wasserstoff?
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