Möglichkeit der Verwendung eines Kühlschranks zur Kühlung der Erde
Ich verstehe, dass die Erde als Ganzes aus theoretischen Gründen nicht direkt durch Abstrahlen von Energie gekühlt werden kann. Abwärme hat eine niedrige Entropie; seine Entropie effektiv zu erhöhen, um es auszustrahlen, muss mehr kosten, als es gewinnt.
Ich dachte darüber nach, einen unglaublich hohen Turm zu bauen und Kältemittel zu pumpen, um letztendlich eine mechanische Verbindung zwischen der Erde und dem Weltraum herzustellen, wo Schwarzkörperstrahlung die Kühlung bewirken wird. Was wäre, wenn wir stattdessen den Mond kühlen wollten, wo es wenig oder gar keine Luft gibt, die stören könnte? Könnten wir eine mäßig hohe Plattform mit Spiegeln darunter und Isolierung bauen und letztendlich die Durchschnittstemperatur des Mondes erheblich senken? Dies scheint im Prinzip dem zu ähneln, was tatsächlich getan wird, um Raumfahrzeuge zu kühlen.
Nehmen wir an, wir haben eine große Plattform, die ausreichend von der Erde oder dem Mond isoliert ist und einen beweglichen Schild für die Sonne hat. Gibt es einen theoretischen Grund, warum wir keinen Kühlschrank verwenden könnten, der (meistens) von der Plattform mit Strom versorgt wird, und Schwarzkörperstrahlung im Weltraum verwenden könnten, um eine Nettokühlung auf dem angeschlossenen Mond oder Planeten zu erzielen?
**Mögliche Konfigurationen**
Plattform vielleicht einen Kilometer über dem Mond. Das heiße Reservoir könnte mit einer vergrabenen Struktur verbunden werden, um die übertragene Wärmemenge zu erhöhen.
Plattform über einem (höchstwahrscheinlich unmöglichen) Hundert-Kilometer-Turm. Zu viel Pumpen in der Nähe des Turmbodens ist ein offensichtliches Problem.
Plattform über dem Mt. Everest, heißes Reservoir tauscht Wärme über ein tiefes Bohrloch aus. Kältemittel kann durch das Loch gepumpt werden oder nicht. Weniger effizient durch Restatmosphäre.
Wenn dies möglich ist, würde ich gerne theoretische Grenzen in Betracht ziehen, wie viel Wärme in Abhängigkeit von der Größe der Plattform und des Kühlsystems übertragen werden könnte, auch wenn dies mit enormen Kosten verbunden ist.
Das wird wahrscheinlich funktionieren, zumindest ein bisschen.
Es sieht so aus, als ob die maximale Temperatur von Satelliten, die der Sonne in einer erdnahen Umlaufbahn ausgesetzt sind, etwa 123 Grad Celsius beträgt*. Wenn Sie Ihren Heizkörper heißer als etwa diese Temperatur bekommen können, strahlt er Energie ab, selbst wenn er in vollem Sonnenlicht steht. Es sieht so aus, als würde man etwa 20-25 km in die Kruste graben, um ein natürliches Reservoir mit ungefähr dieser Temperatur zu erhalten**.
Die Temperatur eines Satelliten im erdnahen Orbit variiert von etwa -170 Grad Celsius bis 123 Grad Celsius. Wir können dies grob als Sinuskurve mit einer Periode von 90 Minuten modellieren:
Wir nehmen dies als die Temperatur, die der Heizkörper haben würde, wenn er nicht von Ihrem Wärmetauscher erwärmt würde. Die Netto-Strahlungsleistung als Funktion der Zeit wäre dann:
Wo ist die Oberfläche des Heizkörpers und ist die Stefan-Boltzmann-Konstante. Wir können diese abgestrahlte Leistung über einen Zeitraum von 90 Minuten mitteln, was uns Folgendes gibt:
Wenn wir davon ausgehen, dass Sie Ihren Heizkörper mit einem tief in der Kruste vergrabenen passiven Wärmetauscher und ohne Wärmeverlust auf dem Weg nach oben auf 150 Grad Celsius bringen können, erhalten wir:
Pro Quadratmeter Heizkörper könnte man also etwa ein kW Wärmeenergie abstrahlen. Das ist gar nicht so viel (ein Raumheizgerät gibt mehr Leistung auf viel weniger Raum ab), und Ihr Heizkörper müsste absolut gigantisch sein, um tatsächlich einen signifikanten Einfluss auf die Temperatur der Erde zu haben. Als Referenz: Die Erde absorbiert derzeit etwa 250 TW mehr Energie als sie emittiert***, also würden Sie ungefähr brauchen eines Heizkörpers, die alle auf die gleiche Temperatur erhitzt wurden, bevor Sie hoffen konnten, einen großen Einfluss auf dieses Ungleichgewicht zu haben. Als Referenz, das ist ein Heizkörper, der ungefähr so groß ist wie der Bundesstaat Wyoming, der über den Siedepunkt von Wasser erhitzt wird und im Weltraum sitzt.
*(Quelle: https://www.oreilly.com/library/view/diy-satellite-platforms/9781449312756/ch01s05.html )
***(Quelle: https://www.giss.nasa.gov/research/briefs/hansen_16/ )
Bit-Jäger