Ist die Nutzung der hohen Temperatur für chemische Reaktionen auf der Venus eine praktikable Möglichkeit zur Stromerzeugung?

Ich nehme an, Lebensräume zu nutzen, die hoch in der Venusatmosphäre schweben, wie von Geoffrey Landis beschrieben. Gewicht, Größe usw. sind also eine Einschränkung, und wir werden nicht an der Oberfläche mit dem erdrückenden Druck und der Hitze arbeiten. Eher etwa 50 km über der Oberfläche.

Gegeben sagen wir 1 Tonne Material. Wir könnten daraus Solarzellen und Batterien herstellen, um den Strom zu speichern.

Meine alternative Idee war, Methan zu produzieren und dieses einer Methan-Brennstoffzelle wie der Redox-Brennstoffzelle zuzuführen, die 450 Kilo wiegt und 25 kW Strom erzeugt. Angenommen, man bekommt Wasserstoff aus den Schwefelsäurewolken und saugt CO2 direkt aus der Luft, um mit der Sabatier-Reaktion Methan zu erzeugen. Wasserstoff könnte beispielsweise mit dem Hybrid-Schwefelzyklus hergestellt werden.

Diese chemischen Reaktionen erfordern hohe Temperaturen, und ich gehe davon aus, dass wir den größten Teil dieser Wärme direkt aus der Venusatmosphäre gewinnen können. Ich spekuliere, dass man Wärmepumpen verwenden kann, um beispielsweise CO2 bei 200 Grad aufzunehmen und es in 800 Grad Celsius umzuwandeln, die für den Hybrid-Schwefelzyklus erforderlich sind.

Die Details müssen nicht so sein. Es soll nur ein Beispiel dafür geben, wie ich spekuliere, wie man Strom erzeugen und gleichzeitig eine Möglichkeit haben könnte, Strom in Form von Methan zu speichern, anstatt schwere Batterien zu verwenden.

Aber ich bin kein Chemieingenieur, also habe ich keine Ahnung, wie machbar das ist oder ob das im Vergleich zu einfachen alten Solarzellen mit Batterien nur sehr ineffizient wäre.

Um Energie aus Wärme zu gewinnen, muss sie fließen – mit anderen Worten, eine hohe Temperatur nützt Ihnen nichts, es sei denn, Sie haben irgendwo eine kalte Temperatur. Das wäre der Knackpunkt auf der Venus.
@OrganicMarble: Wenn Sie Energie als Wärmekraftmaschine gewinnen , ja, aber wenn Sie sie als Katalysator für günstige chemische Reaktionen mit hoher Aktivierungsenergie verwenden , ist das eine andere Geschichte. Auch die Verwendung endothermer chemischer Reaktionen als Wärmesenke ist (im Prinzip) nicht ausgeschlossen, obwohl ich mir nicht sicher bin, welche am praktischsten wären.
@NathanTuggy Ich habe auf die Bemerkung "Wärmepumpen" des OP geantwortet.
@OrganicMarble: Eine Wärmepumpe ist nur ein allgemeiner Kühlschrank und verbraucht Strom, um eine gewünschte Temperatur zu erreichen. Da das OP die für eine chemische Reaktion "erforderliche" Temperatur erwähnt hat, scheinen sie sich bewusst zu sein, dass dies nicht zur Energieerzeugung dient.
Ja, und Kühlschränke müssen die Wärme, die sie aus dem gekühlten Volumen sammeln, in einen Bereich abführen, der kühler ist als ihre "Heizkörper".
@OrganicMarble Ich sehe, dass Nathan die Hitze kommentierte, die verwendet wird, um chemische Reaktionen anzutreiben. Wenn sie jedoch zur Erzeugung von Strömungen verwendet wird, hat die Venus, soweit ich weiß, viel größere Temperaturänderungen, wenn Sie sich durch die Atmosphäre nach oben bewegen, als dies auf der Erde der Fall ist. Der große Temperaturunterschied ist der Schlüssel, oder? Sie könnten das Luftschiff versenken, um heißes Gas zu bekommen, und später in kältere Gebiete aufsteigen. Oder verwenden Sie einen Schlauch und pumpen Sie heißes Gas aus dem unteren Bereich in den kälteren Bereich weiter oben. Schauen Sie sich die Grafiken über Hitze auf der Venus nach Höhe an und sehen Sie, was Sie denken?
Wenn Sie einen Weg finden, einen Temperaturunterschied zu finden, können Sie ihn ausnutzen. Das Pumpen von Gas klingt auf den ersten Blick nach einem Netto-Energieverlust-Szenario.
@OrganicMarble Warum führt das Pumpen zu einem Nettoenergieverlust? Das leisten Wärmepumpen. Niemand würde Wärmepumpen verwenden, wenn er dadurch Energie verliert. Wie auch immer, funktioniert Geothermie nicht, indem kaltes Wasser nach unten gepumpt und dann heißes Wasser hochgepumpt wird?
Ich vermute, geothermische Anlagen pumpen das Wasser ein paar hundert? tausend? Füße ... wie weit würden sie das Benzin pumpen? Würden die Rohre isoliert oder würde sich die Gastemperatur bis zum Kraftwerk ausgleichen? Woraus würden diese baumelnden Rohre bestehen? Das Landis-Papier spricht über die Nutzung von Solarenergie. Klingt für mich nach einer besseren Wette.
@OrganicMarble-Solarzellen sind offensichtlich, also keine sehr interessante Frage. Ich denke, es macht Spaß, Ideen wie diese zu erforschen, ist das nicht einer der Gründe, warum wir hier sind? Ich verstehe nicht, warum man bei der Diskussion über genaue Lösungen hängen bleibt. Interessanter ist für mich, ob es Gründe gibt, warum dies nicht möglich sein sollte. Welche wichtigen Unterschiede bestehen zB, die dies auf der Erde beim Bohren in der Erde im Vergleich zur Verwendung der Atmosphäre auf der Venus möglich machen? Isolieren Steine ​​besser? Geothermie scheint eine viel billigere Energiequelle zu sein, wenn sie auf der Erde genutzt werden kann als Solarenergie. Ref. Island

Antworten (1)

Meine Vermutung hier ist, dass mit der Wärmepumpen-Idee etwas nicht stimmt.

Solarbetriebene Wärmepumpe

Wärmepumpen haben in der Regel eine maximale Leistungszahl von etwa 4 – pro 1 J Strom können sie 4 J Wärme übertragen. Sonnenkollektoren haben normalerweise einen Wirkungsgrad von etwa 25%, pro 1J Sonnenlicht können sie 0,25J Strom erzeugen. Bei solarbetriebenen Wärmepumpen könnten Sie also für jedes 1 J Sonnenlicht 1 J Wärme erhalten. Ich bin sicher, das Problem ist offensichtlich - Sie könnten die Sonnenkollektoren und die Wärmepumpe überspringen und einfach konzentriertes Sonnenlicht verwenden, um die Wärme zu erzeugen.

Atombetriebene Wärmepumpe

Die andere brauchbare Energiequelle ist die Kernenergie, aber ein Kernreaktor erzeugt bereits reichlich Abwärme. Ich glaube, Kernreaktoren haben normalerweise einen Wirkungsgrad zwischen 33% und 50%, also erhalten Sie für jedes 1J Strom 1-2J Abwärme. Das ist minderwertige Wärme, und wir wollen hier hochwertige Wärme, also wird das Extrahieren hochwertiger Wärme aus dem Reaktor seine elektrische Leistung verringern, aber eine verringerte Effizienz ist auch das, was passieren würde, wenn Sie den Reaktor in niedrigere, heißere Höhen bringen, das Problem kühlt den Reaktor :

Je größer der Temperaturunterschied zwischen der internen Wärmequelle und der externen Umgebung, wo die überschüssige Wärme abgeführt wird, desto effizienter ist der Prozess bei der Erbringung mechanischer Arbeit – in diesem Fall das Drehen eines Generators. Daher ist es wünschenswert, im Inneren eine hohe Temperatur und in der äußeren Umgebung eine niedrige Temperatur zu haben.

Das Fazit ist, dass es viel besser wäre, den Reaktor so zu konstruieren, dass er bei 50 km läuft, und hochwertige Wärme direkt aus dem Reaktor zu extrahieren, dies würde den Aufbau dramatisch vereinfachen und wahrscheinlich immer noch zu einer höheren Effizienz führen.

Andere Probleme

Ich denke, es gibt auch andere Gründe, aus denen diese Idee nicht funktioniert, zum einen beträgt der vertikale Höhenunterschied etwa 10-12 km, es wird Energie kosten, um diese Reise zu machen, zum Beispiel könnte es das Komprimieren eines Hebegases beinhalten das Luftschiff absinken lassen. Das Problem ist, dass Wärmepumpen zwar mit einer heißeren Wärmequelle effizienter werden, es jedoch nicht klar wäre, dass die Energie, die beim Abstieg und dann beim Aufstieg von 10-12 km aufgewendet wird, nicht besser dafür verwendet worden wäre, nur eine Wärmepumpe bei einem zu betreiben 50 km Höhe.

Der Clou ist, dass Sie tagsüber reichlich Sonnenenergie erhalten, wenn Sie sich über der schwefelhaltigen Wolkenschicht befinden, aber wenn Sie sich unter den Wolken befinden, müssen Sie sich entweder auf einen Kernreaktor (bereits abgedeckt) oder gespeicherte Energie verlassen. Aber mindestens die Hälfte der Erzeugung von Methan dient der Energiespeicherung, die Verwendung gespeicherter Energie zur Erzeugung von mehr gespeicherter Energie klingt nicht besonders effizient.

TL;DR

Sie haben entweder einen Kernreaktor, der bereits reichlich hochwertige Wärme liefert, oder Sie verwenden Solarenergie und möchten eine Energiespeicherung durchführen, bei der Energie über der Wolkenschicht reichlich vorhanden ist, was übrigens auch zur Verfügung steht eine reichlich vorhandene Quelle hochwertiger Wärme in Form von konzentriertem Sonnenlicht.

Danke für die Eingabe. Ohne mehr zu wissen, mag ich die nukleare Option nicht, da es keine einfache Möglichkeit gibt, Uran oder Plutonium auf der Venus nachzuliefern. Es gibt auch ein praktisches Problem. Produziertes Methan könnte verwendet werden, um separate Luftschiffe, Flugzeuge oder was auch immer zu tanken. Sie können einen Kernreaktor nicht in mehrere Motoren aufteilen. Apropos Wärmepumpen. Gewicht und Größe sind ein limitierender Faktor. Die Effizienz spielt keine Rolle, wenn die effizienteste Lösung nicht skalierbar oder zu schwer oder zu groß ist. Ich denke, dass Aspekte wie angesprochen werden müssen
Ist die Nutzung der hohen Temperatur für chemische Reaktionen auf der Venus eine praktikable Möglichkeit zur Stromerzeugung?
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