Herausforderungen und Kraftbedarf, um auf der Marsoberfläche aus Eisenoxid nutzbares Eisen zu machen?

Verwendbares Eisen ist kein reines metallisches Eisen, es ist Eisen mit der richtigen Menge an Kohlenstoff. Zu wenig Kohlenstoff und das Eisen ist zu weich, zu viel und das Eisen ist zu hart und spröde.

Ein bisschen andere Metalle wie Mangan (das häufigste), Nickel, Chrom, Molybdän, Vanadium, Silizium und Bor. Weniger verbreitete Legierungen sind Aluminium, Kobalt, Kupfer, Cer, Niob, Titan, Wolfram, Zinn, Zink, Blei und Zirkonium. Zu viel Schwefel könnte schlecht sein.

Es hängt von der Anwendung ab, welche Legierungen benötigt werden, es gibt keine universelle Legierung, die für alle Anwendungen geeignet ist. Wie John Custer schrieb, gibt es einige Legierungen, die ein breites Anwendungsspektrum abdecken.

Dasselbe gilt für Aluminium, reines Aluminium ist ebenfalls schwach.

Wie andere Antworten hier festgestellt haben, wird durch einfaches Abspalten des Sauerstoffs vom Eisen kein VERWENDBARES Eisen erzeugt - dafür benötigen Sie den Kohlenstoffgehalt. Ich bin sicher, es gibt andere praktikable Ansätze dafür, aber hier ist einer:

So erhalten Sie elementares Eisen:

1. Produziere Wasser aus Marsbrunnen
2. Teilen Sie das Wasser mit Hydrolyse und fangen Sie das H2 ein.
3. Bauen Sie Regolith vom Mars ab und trennen Sie es durch Trommeln, um die Verunreinigungen auf ein brauchbares Niveau zu bringen.
4. Den Wasserstoff damit reagieren lassen, a la dieser Artikel .

Um elementaren Kohlenstoff zu erhalten:

1. Baue CO2 aus der Marsatmosphäre ab.
2. Trennen Sie das C vom O2, wie Sie möchten, einschließlich der Erzeugung von Methan aus dem Wasserstoff in Schritt 1, und trennen Sie es dann durch thermolytische Katalyse oder einfach mit einem MOXIE-ähnlichen Gerät .

Kombinieren Sie die beiden in den richtigen Maßen und schmelzen Sie es. Wie andere hier angemerkt haben, benötigen Sie Kernenergie für mehr als einen Teil dieses Prozesses.

Dies ist natürlich ein Worst-Case-Szenario - Sie könnten überhaupt Erz mit erheblichem Kohlenstoffgehalt finden. Dies behandelt viele Details der Eisentrennung, die in dem verlinkten Artikel behandelt werden, aber es ist ein Ansatz mit breiter Rückseite des Umschlags, den ich für praktikabel halte.

Kein bekannter Planet außer der Erde hat sowohl Sauerstoff als auch fossile Brennstoffe zur Energiegewinnung, und daher benötigt der Mars entweder etwas in der Größenordnung von elektrischen Solarzellen oder Kernenergie zur Energiegewinnung. Wenn Sie von Atomkraft sprechen, müssen Sie brauchbare Uran- und Thoriumerze finden, irgendeine Art von Energiereserven verwenden, um sie zu reinigen, und das könnte dann der Ausgangspunkt für mehr Energiequellen für den Bau von Solarzellen oder den Abbau und die Reinigung von mehr Uranerzen sein .

Irgendwann könnte diese Energie genutzt werden, um einen Teil der Polkappen zum Kühlen der Reaktoren zu schmelzen und große isolierte Kammern und Kavernen mit Wasser und Kohlendioxid als Nahrung zu füllen und zu erwärmen. Was die Beleuchtung von Pflanzen betrifft, so ist nicht offensichtlich, ob künstliche Beleuchtung eines von der kalten Marsumgebung isolierten Bereichs besser sein könnte, als zu versuchen, etwas zu schaffen, das für Sonneneinstrahlung transparent ist, aber dennoch in der Lage ist, vor der extremen Kälte des Mars zu isolieren. Wahrscheinlich könnte ein Teil der direkten Wärme von den Stäben zu einer alternativen Hochtemperaturkammer für die Metallurgie geleitet werden, aber es ist nicht offensichtlich, ob so etwas wie eine Elektrolyse für Aluminium sowieso besser sein könnte.

Auf der Erde sind fossile Brennstoffe und Sauerstoff die üblichste Art, Eisen zu reduzieren.

Auf einem anderen Planeten, auf dem diese nicht verfügbar sind, ist es nicht ausgeschlossen, dass die Reduktion anderer Metalle möglicherweise günstiger ist, da alternative Methoden erforderlich sind.

Es ist nicht offensichtlich, ob der Mond oder ein Asteroid wie Ceres oder etwas wie Phobos aufgrund der geringeren Gravitationsquellen oder Merkur aufgrund der Sonneneinstrahlung besser sein könnten als Mars. Was die Venus betrifft, so habe ich über die Möglichkeit gelesen, Ballons sehr hoch in der Atmosphäre schweben zu lassen, wo der atmosphärische Druck dem der Erde ähnlicher ist, gefüllt mit Sauerstoff als Auftriebsgas, aber ich wäre abgeneigt, aus dem Ballon zu fallen.

Der Mars steht jedoch ganz oben auf der Liste der Bewohnbarkeit hinter der Erde, entweder für Roboter, Menschen oder gentechnisch veränderte intelligente Organismen, die entwickelt wurden, um dem Vakuum des Weltraums standzuhalten.

Ich ignoriere das Problem, bestimmte Legierungen zu erhalten, da dies eine schwierige Frage ist, die allen bisher gegebenen Antworten gemeinsam ist und außerhalb meines Wissens liegt ...

Was Sie verwenden möchten, ist dies: https://en.m.wikipedia.org/wiki/FFC_Cambridge_process

Elektrolysiere das Eisenoxiderz in einem flüssigen Salzbad. Vorteile niedrigerer Arbeitstemperaturen als in einer Schmelze (900 °C gegenüber 1200 °C), keine Notwendigkeit, mit Wasserstoff umzugehen (Ausgasung, Explosionsgefahr), vermeidet die Notwendigkeit, den durch die Wasserstoffreduktion erzeugten Dampf aufzufangen. Keine Notwendigkeit, Wasserstoff aus Wasser zu extrahieren.

Bedenken Sie, dass der Sabatier-Prozess zur Herstellung von Methan aus CO2 nicht genügend Sauerstoff liefert, um das Methan zu verbrennen. Warum Wasserstoff für die Eisenherstellung verschwenden, wenn Sie Ihre Eisenproduktion in einen Teil Ihres Herstellungsprozesses umwandeln können, um nach Hause zu kommen?

Die Bildungswärme von Eisenoxid aus den Elementen beträgt etwa -825 kJ/mol, wobei jedes Mol etwa 160 g Eisen(III)-oxid ist.

https://janaf.nist.gov/tables/Fe-030.html

2 Fe + 3/2 O2 -> Fe2O3

Die Umkehrreaktion erzeugt also 1,5 Mol Sauerstoffgas aus 160 g Eisenoxid, was etwa 48 g Sauerstoff entspricht.

Jeder Prozess, der Eisenoxid aufnimmt und daraus elementares Eisen und Sauerstoff produziert, muss mindestens diesen Energieaufwand bezahlen. Die Zersetzungstemperatur von Eisenoxid liegt bei etwa 1539 °C, daher wären Wärmeverluste ein großer Faktor in jedem Ofen, der versucht, Eisenoxid in seine Bestandteile zu trennen.

Das Legieren des von Ihnen produzierten Eisens ist ein kleines Problem, die Legierungsbestandteile sind normalerweise in so geringen Mengen, dass Sie sie von der Erde mitbringen können, wenn sie nicht bequem vor Ort hergestellt werden können.