Ist Helium 3 lukrativ genug, um den Abbau des Mondes zu rechtfertigen?

Dies ist keine perfekte Quelle, aber Charles Stross nimmt den Lunar He3-Bergbau in seine Liste der Scifi-Kojen auf.

http://www.antipope.org/charlie/blog-static/2015/12/science-fictional-shibboleths.html

Kurze Antwort: Nein. Es gibt bessere Materialien zum Fusionieren.

Nun zu einem Biggie: Abbau des Mond-Regoliths für Helium-3. Das ist Junk-Wissenschaft auf Stelzen und sie kommt immer wieder von den Toten zurück. Es ist auch ein Fass mit Ablenkungsmanövern mit abgelaufenem Mindesthaltbarkeitsdatum, die von Weltraumkadetten immer wieder auf den Markt gebracht werden, wenn sie herausgefordert werden, eine wirtschaftliche Rechtfertigung für die Weltraumkolonisierung vorzulegen. Hier ist, warum es Mist ist ...

Fusion, so beginnt der Jenga-Stapel, sei die Energiequelle der Zukunft. (Dies mag wahr sein oder auch nicht: Ich jedenfalls hoffe es.) Die einfachste Form der Reaktion, die Sie in einem Fusionsreaktor ausführen können, ist jedoch Deuterium/Tritium. Dies neigt dazu, den größten Teil seiner Energie in Form von Neutronen freizusetzen, die idealerweise eingefangen und verwendet werden können, um mehr Tritiumbrennstoff zu züchten und Abwärme zum Antrieb eines Turbinengenerators zu erzeugen. Das Problem mit Neutronen ist, dass sie ziemlich durchdringend sind und wenn sie langsam genug werden, um von einem Atomkern eingefangen zu werden, verwandeln sie ihn oft in ein instabiles Isotop. D/T-Reaktoren leiden daher wahrscheinlich unter einem der gleichen Probleme wie Spaltungsreaktoren: Neutroneninduzierte strukturelle Versprödung und Sekundäraktivierung, die hochradioaktiven Abfall erzeugen.

Die aneutronische Fusion – die noch nicht einmal in einem Prototyp eines Forschungsfusionsreaktors getestet wurde – bietet die Möglichkeit, mit anderen Brennstoffen betrieben zu werden und <1 % ihrer Energieabgabe in Form von Neutronen zu erzeugen. Helium-3, ein aus zwei Protonen und einem Neutron bestehendes Isotop des Heliums, kann im Prinzip anstelle des (radioaktiven) Tritiums mit Deuterium fusioniert werden und mit einer weit geringeren Neutronenleistung Strom erzeugen – das energietragende Produkt der Reaktion ist a Proton, das durch Magnetfelder eingedämmt werden kann. Daher das Interesse an Designs für He3-Fusionsreaktionen.

Das erste Problem mit He3-Reaktoren (nachdem – hust – wir wissen noch nicht, wie man einen baut) ist, dass He3 unglaublich selten ist. Es kostet in der Größenordnung von Millionen Dollar pro Kilogramm und das weltweite Angebot ist sehr begrenzt; selbst auf dem heutigen Niveau reicht es sicherlich nicht aus, um eine globale Energiewirtschaft anzutreiben. Es gibt jedoch einige Hinweise darauf, dass He-3, das in der Sonne produziert und im Sonnenwind emittiert wird, im Regolith des Mondes eingefangen werden könnte. Laut den Befürwortern der Mondkolonisierung ist es daher geplant, riesige Tagebaue auf dem Mond zu bauen, um diesen verschwindend seltenen Mondschein-/Feenstaub zu extrahieren und ihn zur Erde zu exportieren, um unsere Energiewirtschaft des 22. Jahrhunderts anzutreiben. Und natürlich sind Schätzungen, dass wir unseren derzeitigen Energieverbrauch durch die Verarbeitung von 4 Millionen Tonnen Mond-Regolith pro Woche steigern könnten, Musik in den Ohren der Weltraumkadetten, weil, nun ja, es bedeutet große Ingenieurskunst und damit große Ingenieure mit stählernen Kiefern und Rechenschiebern und Steckschlüsseln zur Hand, um die Bergbaumaschinen zu reparieren, wenn sie kaputt gehen. Weltraumkolonie gerechtfertigt!

Außer das ist Mondschein und Schrott. Erstens haben wir keinen aneutronischen Fusionsreaktor, geschweige denn eine planetare Grundlastkapazität, die von aneutronischen Fusionsreaktoren angetrieben wird, die Brennstoff benötigen. Verdammt, wir haben nicht einmal einen funktionierenden DT-Fusionsreaktor, der überschüssige Energie produzieren kann; ITER soll das erste Plasma nicht vor 2020 erreichen und wird nicht vor 2027 mit dem DT-Reaktionsbetrieb beginnen, und Wendelstein 7-X ist zwar vielversprechend, aber eine Generation zurückgeblieben (ungefähr so ​​viel wie der Joint European Torus in den 80er Jahren). .

Aber lassen Sie uns die Waffe springen. Nehmen wir an, wir haben einen funktionierenden Fusionsreaktor. Nehmen wir einmal an, wir hätten die jahrzehntelange Kleinarbeit investiert, die erforderlich ist, um einen funktionierenden aneutronischen Fusionsreaktor zu bauen – es ist erwähnenswert, dass aneutronische Reaktionen um eine Größenordnung heißer ablaufen müssen, als DT-Fusionsreaktoren erreichen können, und sie sind bereits in der 100 Millionen Kelvin Bereich. Aber stellen wir uns vor: Werden wir dann einen groß angelegten Regolithabbau auf dem Mond sehen, um die Bestien zu befeuern?

Nö.

Denn es stellt sich heraus, dass, wenn Sie einen aneutronischen Reaktor bauen können, Sie ihn, vorbehaltlich einer beträchtlichen Menge an Feinabstimmung, mit anderen Brennstoffen als funkelndem Mondschein aus Mondschein und Feenstaub betreiben können – insbesondere mit dem Proton-Bor-11-Zyklus und dem Proton-Lithium-7-Zyklus. Diese beiden Brennstoffkreisläufe sind aneutronisch und werden mit Isotopen betrieben, die hier auf der Erde in ausreichenden Mengen leicht verfügbar sind, um unsere Zivilisation einige Millionen Jahre lang mit Energie zu versorgen, ohne zu versuchen, eine massive technische Infrastruktur auf einem luftleeren Felsen zu errichten. Es gibt sogar einen aneutronischen Fusionszyklus, der auf der Proton-Stickstoff-Fusion beruht, obwohl er weniger Energie erzeugt und noch schwieriger zu erreichen ist. Stickstoff und Wasserstoff ... Stickstoff macht etwa 80 % unserer Atmosphäre aus, und Wasserstoff macht etwa 15 % unserer Hydrosphäre aus.

Fazit: Jede Arbeit von SF, die den „Lunar 3He-Bergbau“ als wirtschaftliche Prämisse nimmt, ist ungefähr so ​​plausibel wie eine, die von einer Verbrennung ausgeht, die durch die Freisetzung von Phlogiston angetrieben wird.

Niemand weiß es wirklich.

Erstens setzt der hohe Wert von He ₃ eine Kernfusion im kommerziellen Maßstab voraus. Dies ist wahrscheinlich, aber unbekannt. Theoretisch könnten wir unseren Bedarf mit Solar IIRC decken. Und es gibt noch einige ungelöste Probleme mit der Fusionskraft. Obwohl eine sauberere He ₃ -Fusion helfen würde .

Zweitens sind die vollen Kosten des Mondabbaus weitgehend unbekannt, da die genaue Methode, die dafür am besten geeignet ist, unbekannt ist. Müssen wir zum Beispiel eine echte Mondkolonie gründen oder könnten Roboter mit Fernüberwachung von der Erde damit umgehen? Ich vermute, dass die Entwicklung der Technologie die Kosten letztendlich ausreichend senken wird. Aber natürlich hängen die Kosten auch von der Höhe der Nachfrage ab, die vom Leistungsanteil abhängt, der aus der He ₃ -Fusion stammt. Das hängt davon ab, welche anderen Energiequellen wir verwenden und wie viel.

Drittens könnten wir eine billigere Quelle für He ₃ finden . Es ist streng genommen nicht wahr, dass es auf der Erde nicht existiert. Thermosphäre und Exosphäre, die höchsten Schichten der Atmosphäre, haben Helium als Bestandteil, das vom Sonnenwind stammt. Es von dort zu extrahieren, könnte billiger sein als der Mondabbau.

Dies gilt jedoch als wahrscheinlich, da es derzeit so aussieht, als würde der Wert von He ₃ steigen und die Kosten für den Mondabbau in Zukunft sinken.

Wenn, um ein ganz zufälliges Beispiel herauszugreifen, China als Prestigeprojekt zum Mond fliegen möchte, um seinen Status als Supermacht zu beweisen, könnte der Abbau von He ₃ sicherlich dazu verwendet werden, einen Teil der Kosten zu bezahlen. Ebenso hätte die Entwicklung der notwendigen Bergbautechnologie einen eigenen Wert. Genau genommen muss es also möglicherweise nicht rentabel genug sein, um die vollen Kosten zu bezahlen.

Absolut, wenn Sie Dinge auf dem Mond antreiben wollen.

Während der Transport von Dingen von der Erde zum Mond angesichts der begrenzten Tiefe der Schwerkraft des Mondes möglicherweise nicht besonders teuer ist, wird der Transport von Gegenständen von der Erde zum Mond die Bank sprengen. Mit der Entwicklung der Fusionsenergie wäre es viel sinnvoller, Helium auf dem Mond abzubauen, um es in Ihren Kernreaktoren zu verwenden.

Es gibt einen wichtigen Grund, Dinge auch auf dem Mond mit Strom zu versorgen: Es ist viel billiger, Dinge in die Erdumlaufbahn zu bringen, wenn Sie vom Mond aus starten. Wenn es den Menschen ernst damit ist, orbitale Plattformen, Raumfahrzeuge und dergleichen in großen Mengen zu bauen, könnte der Export des gesamten Herstellungsprozesses, vom Erzabbau über die Endfertigung bis zum Mond, zu enormen Einsparungen führen.

Wenn Sie es bereits auf dem Mond abbauen, würde es sich fast definitiv lohnen, es auf die Erde zu exportieren.

Sobald Sie eine diversifizierte Bergbauindustrie auf dem Mond haben, würde es sich fast definitiv lohnen, dieses Helium zur Erde zu exportieren. Der Gravitationsschacht des Mondes ist flach genug, dass Sie mit einer großen Gauß-Kanone, die tangential zur Mondoberfläche feuert, problemlos Kapseln zur Erde schießen könnten. Das wäre wahrscheinlich Ihre Hauptausgabe, da Verpackungen und Fallschirme aus Mondmaterialien hergestellt und auf dem Mond hergestellt werden könnten.

Basierend auf wirklich einfachen Schätzungen fand ich heraus, dass Helium 3 einen ungefähren Wert von 1050 $ pro Liter hat, basierend auf dieser Wikipedia-Seite . Angenommen, der Bergbaubetrieb auf dem Mond kostet etwa 1 Billion USD pro Jahr, um ihn einzurichten und zu unterhalten. Laut dieser Seite

Infolgedessen gibt es Schätzungen zufolge rund 1.100.000 Tonnen Helium-3 auf der Mondoberfläche bis in wenige Meter Tiefe.

Daraus ergibt sich ein ungefährer Wert von 997903214 Liter trockenem Helium 3 auf der Mondoberfläche. Unter Verwendung der zuvor berechneten Zahl von 1050 USD ergibt der Gewinn dieses Systems 1047798400000 USD oder 1047798,4 Billionen USD. (Dies alles hängt natürlich davon ab, ob die USA das einzige Land sind, das diese wertvolle Ressource abbaut).

Außerdem geben Sie nicht an, wie sicher das System für das Mining ist, also werde ich keine Vermutungen anstellen, aber für mich scheint dieses System es wert zu sein.

Siehe „The Third Industrial Revolution“ von G. Harry Stine. Es ist ziemlich veraltet, aber konzeptionell wird es von Nutzen sein.

Die Antwort ist nicht He3, sondern nur Masse. Stine befürwortet Solarenergie und Mikrowellenverbindungen zurück zur Erde, die von Fabriken an den Lagrange-Punkten vor und nach dem Erdmond gebaut werden. Es erfordert einen wiederverwendbaren Schwerlastwerfer für Bootstrap-Zwecke. Die Rand Corporation rechnete mit ungefähr einer Billion Ausgaben über 20 Jahre für die Infrastruktur (1975 Dollar), dann GW-Solareinheiten mit jeweils ein paar Milliarden. Einheiten würden sich mit Rückkopplungs-Phased-Array-Mikrowellen verbinden. Bodenantennen hätten einen Durchmesser von etwa 10 Meilen, aber die Leistungsdichte ist gering genug, dass Sie das Gebiet immer noch zum Weiden nutzen können.

Jerry Pournelle und Ben Bova haben Romane in diesem Stil der Zukunft mit etwas unterschiedlichen Perspektiven auf die Ökonomie.