Könnte eine Mikrobe plausibel Auftriebsgas für bemannte Ballonfahrten erzeugen?

FRAGE

Ich dachte darüber nach, wie man praktische Ballonfahrten für eine vorindustrielle Zivilisation rechtfertigen könnte, als ich mich daran erinnerte, dass einige Mikroorganismen Methan und noch besser Wasserstoff produzieren .

Dies ließ mich fragen, ob es plausibel ist, eine wasserstofferzeugende Mikrobe zu postulieren, die genug Auftriebsgas produzieren könnte, um einen Ballon zu betanken, selbst während des Fluges?

ANMERKUNGEN

Ein Ballonfahrzeug in diesem Schema würde einen leichten Kraftstofftank halten, der durch einen Schlauch an der Hülle befestigt ist. Der Tank wäre mit Mikroben und ihrer Nahrung (Kohlenwasserstoffe, Biomasse, was auch immer sie gerne essen) gefüllt. Die Mikroben produzieren dann Wasserstoffgas. Um aufzusteigen, werfen Sie mehr Kraftstoff ein. Um abzusteigen, setzt du etwas Wasserstoff frei. Abhängig von der Brennstoffquelle, die die Mikroben fressen, könnten Handelsstädte auch Brunnen voller Mikroben bewirtschaften, wo kleinere Ballons gefüllt werden könnten.

Nun zu den möglichen Problemen:

Erstens weiß ich nicht, ob irgendein Organismus realistischerweise die erforderliche Menge an Wasserstoffgas produzieren könnte. Ich weiß, dass ein Wasserstoffballon etwa 68 Pfund pro 1000 Kubikfuß hebt. Ich weiß auch, dass die Effizienz der Methanogenese (was das beste Beispiel für die Hydrogenese ist, das ich habe) ziemlich hoch sein kann, und ich habe Zahlen gesehen, die zwischen 20 % und 80 % liegen . Aber selbst mit einer Art unglaublich effizienter Mikrobe habe ich keine Ahnung, wie ich die Kubikfuß Wasserstoff berechnen soll, die aus einer bestimmten Brennstoffquelle gewonnen werden könnten.

Zweitens , obwohl weniger wichtig, weiß ich auch nicht, ob eine Mikrobe physikalisch schnell genug Gas erzeugen könnte, um einigermaßen kontrollierte Höhenänderungen zu ermöglichen.

Drittens , selbst wenn all das (buchstäblich) fliegt, muss ich sicherstellen, dass es einen Grund gibt, warum sich diese Mikroben nicht lösen und einfach den gesamten Kraftstoff außerhalb des Tanks auffressen.

Schließlich könnte diese Frage für die Welt, an der ich gerade arbeite, ziemlich wichtig sein. Wenn sie also komplexer als ein einfaches „Nein“ ist, werde ich jedem, der spendet, auch ein Dankeschön anbieten mir eine besonders ausführliche Antwort.

BOUNTY EDIT: Bounty geht an Dubukay. Im Allgemeinen erhielt diese Frage viele qualitativ hochwertige Antworten, also danke an alle!

Was ist falsch an Heißluftballons? Kein Wasserstoff notwendig. Bei den ersten Ballonfahrten wurde heiße Luft verwendet. Und Wasserstoff kann leicht durch einfache chemische Reaktionen unter Verwendung banaler Zutaten hergestellt werden, zum Beispiel durch die Reaktion von Eisenspänen mit einer Säure; Es war eines der ersten Gase, das hergestellt (1671 von Robert Boyle) und identifiziert (1766 von Henry Cavendish) wurde, das heißt, sobald Chemiker erkannten, dass es außer Luft auch andere Gase gibt. Der Showstopper war nicht die Fähigkeit der alten (Al-)Chemiker, Wasserstoff herzustellen, sondern ihre Unkenntnis von Gas als Aggregatzustand der Materie.
@AlexP: Ich liebe Heißluftballons, aber ich hatte eine Menge Zeit damit, herauszufinden, wie man einen baut, der lange Zeit ohne fortschrittliche flüssige Brennstoffe fliegen kann. Die frühen Heißluftballons, von denen ich gelesen habe, verwendeten typischerweise Bodenfeuer und stiegen innerhalb weniger Stunden ab. Ich suche Händler für leichte Luxusgüter, damit sie länger in der Luft bleiben können.
Verwenden Sie diesen Kraftstofftank, um gereinigtes Nafta (auch als Paraffin oder Kerosin bekannt) aufzunehmen, und verbrennen Sie es in einer Petroleumlampe . So machen es in etwa moderne Heißluftballonfahrer. Die Alten kannten Erdöl; Destillation war seit der Spätantike bekannt; kombiniere einfach beides.
@AlexP: In Bezug auf die Wasserstoffproduktion hatte ich etwas gelesen, das darauf hinwies, dass die Reaktion zwar einfach war, der eigentliche Prozess der Herstellung in großen Mengen jedoch zeitaufwändig war. Ich kann mich aber nicht an den Link erinnern, den müsste ich finden.
@AlexP: O_o ... ich weiß nicht, wie um alles in der Welt ich das verpasst habe. Vielen Dank. Ich lasse die Frage für alle Fälle stehen, aber ich werde auch etwas über Kerosin lesen!
Intuitives „Nein“. Methanogene wachsen langsam (einige verdoppeln sich nach einigen Stunden, aber die meisten liegen in der Größenordnung von Monaten). Die Physiologie (CH4-Produktion) wird dies widerspiegeln. Ich denke, es ist eine einfache Massenbilanz. Sie brauchen Substrat, sagen wir ... Acetat? und wie Sie darauf hinweisen, geht ein Teil davon in ihre Biomasse. Sie wachsen nicht "in der Luft", also bräuchten Sie eine Kultur (= etwas H2O = Gewicht.) Hydrogenese ... Ich glaube nicht, dass das hilft. Ich nehme an, es hängt vom Auftrieb von CH4 ab, aber der Instinkt sagt nein. Nicht sicher, also keine Antwort, aber ... Ich werde überrascht sein, wenn Sie einen harten wissenschaftlichen Weg finden, dies zu erreichen.
@ AndyD273: Solange es plausibel ist, dass es existieren könnte, spielt es keine Rolle, von welchem ​​​​Planeten es stammt. Tatsächlich ist die Welt, an der ich arbeite, stark von Meteoriteneinschlägen geprägt.
@AlexP Während die Idee, ein Freihandelsabkommen buchstäblich zu verbrennen, so klingt, als würde es viele Menschen ansprechen und mich sicherlich zum Lachen gebracht haben, glaube ich, Sie meinten Naphtha ?
"noch besser Wasserstoff" - besser? Lebhafter vielleicht. Aber besser? Oh die Menschlichkeit!
@bendl: Naphtha, nafta... Mein Fehler. (Ich mache im Allgemeinen einen halbwegs guten Job, mich daran zu erinnern, wann ich meine Muttersprache e , f , h und t durch ae , ph , ch/kh und th in englischen Wörtern ersetzen muss, die aus dem Griechischen oder Lateinischen stammen … Aber aus irgendeinem Grund dachte ich dass Naphtha aus dem Arabischen stammt, also gab es keinen Grund dafür, einen pH-Wert zu haben ; aber ich habe mich geirrt, es ist eigentlich aus dem Griechischen ...)
@corsiKa: Sie gehen davon aus, dass ich keine feurigen Explosionen mag . :)
Durch das Ausstoßen von Traggas kontrollieren Luftschiffe ihre Fluglage nicht . Ihre Frage-Frage ist also strittig und die Antwort auf das Tittle lautet ja.
Die einfachere Hebeberechnung ist, dass Wasserstoff etwa eine Unze pro Kubikfuß hebt.

Antworten (5)

Ein von Mikroorganismen angetriebener Luftflug ist plausibel, aber mit Einschränkungen.

Wie Sie in Ihrer Frage anmerken, ist Wasserstoff das beste Hebegas, das wir haben. Das wird also zu einer Frage: „Was ist der effizienteste biologische Prozess , der H 2 ?" Die Antwort lautet natürlich Algen .

Normalerweise beziehen Algen ihre Energie aus der Photosynthese – sie nehmen Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid auf, um ATP, komplexe Zucker und Sauerstoff zu produzieren. Unter den richtigen Bedingungen (murmeln, murmeln Schwefelbegrenzungs-Heterozysten, murmeln) werden einige Algen jedoch in einen Stoffwechselzustand der „ anaeroben sauerstoffhaltigen Photosynthese “ wechseln. In diesem Zustand wird der durch die Photosynthese produzierte Sauerstoff von der zelleigenen Atmung verwendet, wodurch eine anoxische Umgebung entsteht, die wiederum die Produktion von Wasserstoffgas auslöst.

Das bedeutet, dass Algen H produzieren können 2 Gas fast direkt aus Protonen. Noch besser, wir können es sammeln und sind bereits auf dem besten Weg, es zu einem kostengünstigen Ersatz für fossile Brennstoffe zu machen . Saubere Energie in unserem Leben? Ja bitte.

Dies reicht jedoch nicht aus, um die Frage zu beantworten, die nach der Rate von H fragt 2 Produktion. Im Jahr 2001 baute ein Unternehmen einen 500-Liter-Bioreaktor, der erstaunliche 1 Liter Wasserstoffgas pro Stunde produzieren konnte. Mit diesem Potenzial würde unser Ballon Glück brauchen, um sich überhaupt aufzublasen . Das war jedoch 2001 und das erste Jahr, in dem das Unternehmen begann. Damals errechneten sie ein theoretisches Maximum von 20 Gramm Wasserstoff pro Tag – etwa 10 Liter pro Stunde. Im Jahr 2004 kam eine Überprüfung heraus, die ein Maximum von 5,45 kg H 2 pro Quadratmeter pro Jahr. Das ist eine Rate von ~7 Litern pro Stunde – immer noch ein bisschen zu langsam. 2011 haben wir diese Rate verfünffacht, indem wir biohybride Photosysteme entwickelt haben , die Platin-Nanopartikel verwenden. Im Jahr 2013 haben wir es geschafft, noch besser zu werden und unsere Effizienz durch die Modifikation der Chlorophyll-Antennen um das 4-fache zu steigern , und das wurde seitdem auf das 13-fache gesteigert . Unsere aktuelle Rate von H 2 Die Produktion beträgt ca. 450 Liter pro Stunde! Das ist natürlich ein idealisierter maximaler Wirkungsgrad, den wir im großen Maßstab noch nicht geschafft haben.

Was bedeutet das für unseren Ballon? In einer Welt, in der sich die Menschen auf solche Ballons verlassen, gehe ich davon aus, dass sie ziemlich nahe an der maximalen Effizienz arbeiten, vielleicht 400 Liter pro Stunde und Quadratmeter. Natürlich kann es dabei zu Problemen kommen , aber für den Anfang ist es eine anständige Schätzung. Von skydrifters.com erfahren wir, dass ein durchschnittlicher Heißluftballon 800 Pfund wiegt. Da wir reisen und handeln, nennen wir es insgesamt 500 kg. Das Heben von 500 kg mit Wasserstoffgas erfordert ~40 kg H 2 . Bei normalem Luftdruck und normaler Temperatur nimmt dieser ein Volumen von 450.000 Litern ein. Unser Ballon wird also etwa 41 Tage brauchen, um sich aus eigener Kraft zu füllen. Das wird schwer durchzuziehen sein.

Diese Berechnung zeigt jedoch, dass Algen tatsächlich genug Gas produzieren können, um einen Ballon zu heben, und es wäre sicherlich eine umweltfreundliche Art zu reisen. Es ermöglicht auch Manövrierfähigkeit in der Luft und im Wesentlichen permanente Flugreisen. Sobald der Ballon aufsteigt, können die Algen ihr CO ziehen 2 direkt aus der Luft und der Ballon wird nur durch Licht angetrieben. Darüber hinaus ist es durchaus möglich, dass Städte beginnen, Algenfelder zu bewirtschaften, sodass das Tanken in einer Stadt recht einfach ist und Ballonfahrer zu einem Besuch verlockt.

In der Luft würde ein solcher Ballon normalerweise aufsteigen, da die Algen Wasserstoffgas produzieren. Außerdem H 2 Gas lässt sich recht gut komprimieren, und es könnte für Ballonfahrer sinnvoll sein, einen Kompressor an Bord zu haben, um überschüssiges H 2 bei Bedarf für einen schnellen Burst produziert. Absteigen ist der einfache Teil: Am einfachsten wäre das Entlüften des H 2 oder für später komprimieren. Sie könnten das Innere des Ballons auch mit einer Art anorganischem Schwefel besprühen, der die entführten Photosynthesewege vorübergehend abschalten würde, oder Sauerstoff hinzufügen, der einen Teil des Hydrogenase-Enzyms zerstören würde.

Das geistige Bild, das ich von diesem System habe, ist ein sehr grober, ziemlich großer klarer Ballon. Die äußere Membran würde aus Plastikfolie oder einem anderen undurchlässigen, leichten, durchsichtigen Feststoff bestehen, und direkt im Inneren würden sich Algenschichten befinden. Irgendein H 2 erzeugte Luft würde den Ballon füllen und zum Auftrieb beitragen, wobei in der Zwischenzeit dichtere Luft verdrängt würde. Da die Mikroben am besten in einer anoxischen Umgebung leben, wäre dies nicht einmal ein Problem. Die Wartung würde im Wesentlichen darin bestehen, Nährstoffe zu ersetzen und tote Zellen aus dem Inneren zu entfernen, was wahrscheinlich am Boden erfolgen würde, aber in der Luft erfolgen könnte , wenn man den Atem lange genug anhalten kann.

Das ist tolle Sache! Mit der Addition der genannten Zahlen werde ich auf jeden Fall ein Kopfgeld als Dankeschön beisteuern.
murmeln murmeln vorindustrielle Zivilisation murmeln...

Also die erste Frage. Wenn die Mikrobe nicht bereits auf der Erde existieren muss, gibt es keinen Grund, warum dies nicht möglich sein sollte.
Sagen Sie einfach, dass diese Supermikrobe existiert und in Kombination mit anderen Methoden wie einem Katalysator (wie zum Beispiel Nickel) in der Lage ist, genug Gas zu produzieren, um dies zu ermöglichen.

Eine andere Möglichkeit ist, dass der Organismus langsam arbeitet, sich das Gas aber mit der Zeit aufbaut. Angenommen, einen neuen Ballon bis zum Druck zu füllen, dauert ein paar Wochen, aber wenn Sie weiterhin Ressourcen einsetzen, produziert die Mikrobe einfach weiter und hält den Ballon aufgefüllt. Diese Option würde ein Material erfordern, das das Gas wirklich gut hält.

Zweitens gibt es andere mögliche Wege zur Steuerung von Höhenänderungen als das Entlüften. Wenn Sie das Auftriebsgas komprimieren , hat es weniger Auftrieb und Sie gehen nach unten. Sie könnten einen Ballon in den Ballon stecken und den inneren Ballon mit Luft aufpumpen, wenn Sie absteigen möchten.

Was die dritte Frage betrifft, so ist diese etwas kniffliger. Wie ein weiser Mann einmal sagte: „Das Leben, äh, findet einen Weg.“

Es gibt mehrere selbstbegrenzende Mechanismen, die verwendet werden könnten.

  • Die Mikrobe hat einen natürlichen Mikrobenfresser, der sie davon abhält, in freier Wildbahn außer Kontrolle zu geraten. Es könnte eine andere Mikrobe sein, eine Art Alge usw.
  • Es gibt eine Verbindung im Rohkraftstoff, die die Mikrobe behindert, die in raffiniertem Kraftstoff nicht vorhanden ist, oder dem raffinierten Kraftstoff wird etwas zugesetzt, das der Mikrobe einen Schub gibt. Dies könnte auch als Katalysator wirken.
  • Die Mikrobe hat eine genetisch festgelegte Koloniegröße, die groß genug ist, um in einem Gasproduktionssystem verwendet zu werden, aber nicht groß genug, um in freier Wildbahn Probleme zu verursachen.
Es geht nicht darum, das Gas zu komprimieren, sondern um die Gesamtmasse des Fahrzeugs im Vergleich zur Luftmenge, die es verdrängt. Das Pumpen von (Außen-)Luft in einen zweiten Ballon würde das Gewicht erhöhen, aber es gibt keinen guten Grund dafür, dass es sich im ersten befindet.
Sicher, so wird es gemacht, aber Worldbuilding neigt dazu, sich mehr darum zu kümmern, wie es gemacht werden könnte. Es gibt aerodynamische Gründe, es hineinzulegen, aber sie sind nicht allumfassend. Wenn Sie wollten, dass Ihre Ballonets starre Kanister sind, die an den Seiten festgeschnallt und so manipuliert sind, dass sie ihre Entlüftung beispielsweise als zusätzlichen Schub für einen schnelleren Start lenken - nun, es gibt keinen theoretischen Grund, warum Sie dies nicht könnten.

Ich glaube nicht.

Das beginnt ein Raketenproblem zu sein. Je mehr Gas Sie benötigen, desto mehr Mikroben und Nährstoffe benötigen Sie für die Mikroben und das fügt Masse hinzu. Um diese Masse zu heben, müssen Sie mehr Hebegas produzieren, was mehr Mikroben und Nährstoffe usw. erfordert. Wenn Sie die Gewinnschwelle nicht erreichen, gehen Sie nirgendwo hin.

Außerdem wollen Mikroben wachsen und sich vermehren. Sie entwickeln sich so effizient wie möglich, um Nährstoffe/Energie mit so wenig Abfall wie möglich in Biomasse umzuwandeln. In diesem Fall ist das Liftgas ein Abfallprodukt. Während es möglich sein könnte, eine Mikrobe so zu konstruieren, dass sie mehr Gas als Biomasse produziert, glaube ich nicht, dass Sie sie in der Natur finden werden.

Außerdem müsste man dieses Liftgas von den Mikroben wegbekommen. Sehr wenige Organismen können überleben, während sie in ihre eigenen Abfallprodukte eingetaucht sind. Irgendwann wird der Partialdruck des Gases in der Luft um die Mikrobe so hoch sein, dass die Mikrobe das Gas nicht mehr ausscheiden kann und stirbt.

Die Mikrobe muss auch Zugang zu Gasen haben, die sie aufnehmen kann. Ich hoffe, dass die Mikroben keine Sauerstoffatmer sind, da sich Sauerstoff und die meisten biologisch produzierten Auftriebsgase nicht gut mischen.

Damit dies überhaupt funktioniert, bräuchte man meines Erachtens ein dünnes Mikrobenblatt mit Luft und Nährstoffen auf der einen Seite des Blattes und die Hebegassammlung auf der anderen Seite. Sie könnten eine Tasche aus diesem Blatt machen, wenn Sie das Blatt stark genug machen können. Ein künstlich hergestellter mehrzelliger Organismus in der richtigen Form würde jedoch besser funktionieren, als zu versuchen, Mikroben in einer Form zu halten.

Ganz richtig - es ist ein Raketenproblem. Einfache Elektrolyse ist einfacher, effizienter, sicherer, bereits entwickelt, bewährt ... und das Gewicht des Wassers ist immer noch zu schwer, um sich darum zu kümmern.
Es ist kein Raketenproblem, schon allein deshalb, weil Sie den größten Teil der Hüllenfüllung auf dem Boden erledigen können und nur genug Nährstoffe mitnehmen müssen, um die Hülle aufgefüllt zu halten, und Sie nicht mehr Mikroben mitbringen müssen als Sie selbst Beginnen Sie mit dem neuen Kraftstoff, während er hinzugefügt wird. Raketen fallen herunter, wenn ihnen der Treibstoff ausgeht. Ballons bleiben oben, bis das vorhandene Gas entweicht, was unter Umständen lange dauern kann.
Und Sauerstoff ist kein Problem, weil sie anaerob sein können, einfach im Erdölschlamm leben, ohne Sauerstoff oder dessen Mangel zu benötigen oder von ihm gestört zu werden. Die Hülle würde wahrscheinlich eine kleine Menge an Lecks aufweisen, was eine Möglichkeit ist, den Druck als Silberstreif am Horizont beherrschbar zu halten.
@ AndyD273 Sie haben sich auf das falsche Element des Raketenproblems konzentriert.
Es ist NICHT das Raketenproblem. Beim Raketenproblem geht es darum, Treibstoff mitzuführen, um die Menge an Treibstoff zu erhöhen, die Sie für die gleiche Leistung benötigen. In diesem Fall wird der Wasserstoff für den Auftrieb am Boden vor dem Auftrieb erzeugt und Sie müssen nur noch genug mitnehmen, um die gewünschte Ausdauer zu erreichen. Was ich denke, skaliert mit der gewünschten Ausdauer und dem Quadrat der Kubikwurzel des Hubgasvolumens? Viel bessere Skalierung als mit Raketen.
Außerdem ist Wasserstoff leichter als Luft: Die Mikroben würden sich unter dem Gassack befinden und die Schwerkraft würde produzierten Wasserstoff aus ihnen entfernen. Es würde aussehen und funktionieren wie Heißluftballons.
@VilleNiemi, die Schwerkraft entfernt die Wasserstoffatome nur, wenn sich schwerere Atome in der Tasche befinden, die die Wasserstoffatome verdrängen können. Beginnen Sie mit einer leeren Tasche? Wenn dies der Fall ist, füllt der Wasserstoff den Beutel gleichmäßig. Sobald der Partialdruck des Wasserstoffs im Beutel hoch genug ist (vorausgesetzt, Sie sind ineffizient und haben anderes Gas eingemischt), können die Mikroben den Wasserstoff nicht ausscheiden.
Um es noch einmal zu wiederholen: "Die Mikroben wären unter dem Gassack." Der Gassack ist oben (wegen Auftrieb), die Quelle des Auftriebsgases, in diesem Fall die Bakterien, ist darunter (weil das Auftriebsgas aufsteigt), darunter hängt der "Korb" mit Fracht, Passagieren und Vorräten für die Bakterien (Weil es Gewicht hat). Leichter als Luftfahrzeuge unterliegen möglicherweise nicht der Raketengleichung, aber sie sind durch die Physik ziemlich eingeschränkt. Ein Fahrzeug, das wie ein Heißluftballon funktioniert, wird wie eines strukturiert sein. Nun, Wasserstoff hat mehr Auftrieb, also wird der Gassack proportional kleiner und Sie können ein Luftschiff haben ...
Wie ich im vorherigen Kommentar sagte, steigt Wasserstoff nur auf, wenn es etwas Schwereres gibt, über das er aufsteigen kann. Tatsächlich fallen die anderen Moleküle und drängen den Wasserstoff aus dem Weg. Wenn der Beutel leer beginnt, füllt der Wasserstoff den Beutel gleichmäßig. Wenn der Beutel zu Beginn voller Luft ist, benötigen Sie Belüftungsöffnungen an der Unterseite, um die Luft herauszulassen, wenn der Wasserstoff ihn füllt (und Sie können das Wasserstoff/Sauerstoff-Gemisch genießen).

Bakterien

Grob gesagt beträgt Wasserstoffgas H 2 2 g pro Standardvolumen (22,4 l), während Luft aus 80 % N 2 (28 g/mol) + 20 % O 2 (32 g/mol) durchschnittlich 28,8 g ergibt. Zwei Gramm Wasserstoff, die 28,8 Gramm Luft verdrängen, erzeugen also 26,2 g Auftrieb (wahrscheinlich etwas weniger, da der Ballon etwas zusammengedrückt ist). Jedes Gramm Wasserstoff bringt uns 13 g Auftrieb.

Wie bekommen wir diese 2 g Wasserstoff? Wir brauchen ein stark idrogeniertes Ausgangsmaterial, also ein Molekül mit Wasserstoffbrückenbindungen an möglichst leichte Elemente und mit überschüssiger chemischer Energie.

Zu den verfügbaren Lichtelementen gehören:

  • Lithium (Lithiumhydrid "verbrennt" von selbst zu Wasserstoff, einfach Wasser hinzufügen, keine Bakterien nötig - LiH + H 2 O → LiOH + H 2 ; wir brauchen immer noch ein Wassermolekül und ein LiH-Molekül für jedes verfügbare Wasserstoffmolekül, was eines erfordert Sauerstoff (Gewicht 16) und ein Lithium (Gewicht 7), für ein Gesamtverhältnis von 2:23 oder 8,7 %).
  • Beryllium (Berylliumhydrid, synthetisiert 1951. Gehen wir nicht dorthin ).
  • Bor (Hydrogenborane. Machbar, aber etwas zu energisch ).
  • Kohlenstoff. Vielversprechend: Es bindet nicht nur Wasserstoff, sondern bindet sich in stabilen Verbindungen an sich selbst.
  • Sauerstoff. Das bedeutet Wasser; nicht viel Energie da.
  • Stickstoff. Dies bedeutet Ammoniak; aber seine Oxidation führt zu Salpetersäure, nicht zu Wasserstoffgas. Dissoziationsprobleme: wie Wasser, aber schlimmer.
  • Aluminium. Nicht anders als Borane für Gewalt , und wir brauchen Wasser.
  • Fluor. Dieselben Probleme wie Ammoniak, aber viel, viel schlimmer .
  • Natrium. Kostspielig und unhandlich und schwierig zu handhaben . Gewichtsverhältnis genau die Hälfte von Lithium (nicht zufällig: sowohl Lithium als auch Natrium sind Gruppe I), 4,34 %. Ein Aufstieg im Periodensystem wird die Dinge nur noch schlimmer machen.

Die beste Option sind gesättigte Kohlenwasserstoffe. Wir brauchen einen Stoffwechselweg, über den die Bakterien C n H 2n+2 Kohlenwasserstoff dissoziieren und den Kohlenstoff oxidieren, aber nicht den Wasserstoff. In Kohlenwasserstoffen ist genug Energie vorhanden, dass wir die kleinen Lebewesen nicht zu kurz kommen lassen:

  • C n H 2n+2 + nO 2 → nCO 2 + (n+1)H 2 .

Der Wasserstoff-Gewichtsanteil in C n H 2n+2 beträgt ca. 14 %; Ein Kilogramm Ausgangsmaterial ergibt also 0,14 kg Wasserstoff und liefert einen Auftrieb von 1,82 kg. Da wir auch ein kg Ballastrohstoff loswerden, beträgt die gesamte Auftriebswirkung 2,82 kg.

Nicht viel, wirklich, und ich denke, das ist das Beste, was man tun kann. Aber vielleicht reicht es.

Gmanipulierte Algen

Eine andere Möglichkeit ist ein pseudo-photosynthetischer Organismus, der Wasser aus der Atmosphäre erntet, es photodissoziiert und H 2 und O 2 freisetzt . Aber ein solcher Organismus hätte keinen Vorteil dabei (er könnte dies jedoch tun, sobald er vollständig ausgereift und stabil ist), da die Energie vollständig in "Abfallprodukte" gehen würde und die Produktionsrate sogar noch geringer wäre als in der erster Fall (das einfallende Sonnenlicht muss der chemischen Energie entsprechen, die in den dissoziierten Gasen gespeichert ist, und für das Wasserstoffgemisch ist das viel Energie , während das Sonnenlicht meiner Meinung nach etwa 1,2 kW pro Quadratmeter beträgt).

„Ein 100 % effizienter Elektrolyseur würde 39,4 Kilowattstunden pro Kilogramm (142 MJ/kg) Wasserstoff verbrauchen“ ( Wikipedia ), also können wir von jedem Quadratmeter Algenplatte etwa 30,4 Gramm Wasserstoff pro Stunde erwarten, oder etwa 0,4 kg Auftrieb pro m 2 pro Stunde . Wahrscheinlich viel weniger, weil Grün- und Blaualgen nicht die gesamte Energie des gesamten Sonnenspektrums absorbieren. In Anbetracht des Gewichts einer Algenplatte (die Wasser und Unterstützung benötigt) bedeutet dies wahrscheinlich, dass dies kein sehr vielversprechender Weg ist. Oder ist es?

Gehen wir trotzdem runter. Die Hindenburg hätte etwa 9000 m 2 zur Verfügung gehabt und bei voller Sonneneinstrahlung 270.000 Gramm H 2 pro Stunde produziert. Das sind etwa drei Millionen Liter pro Stunde oder 3024 m 3 Wasserstoff pro Stunde. Dieselbe Hindenburg benötigte 200.000 m 3 Wasserstoff; Das bedeutet, dass wir in einer Stunde etwa 1,5 % seines Gasinhalts ersetzen können, im Austausch für ein Gewicht von nicht weniger als 90 Tonnen (zehn kg pro m 2 ) oder 180.000 lbs seiner 511.000 lbs Nutzlast. Theoretisch ist es machbar, aber ich denke, wir treiben die Dinge voran; Die obigen Werte wurden alle aus den optimistischsten Umständen berechnet. Ein Plattengewicht von 30 kg pro Quadratmeter (und wenn man an Glas denkt – bzwwasserstoffbeständiger, aber dünner und transparenter Kunststoff - und Wasser, 30 kg sind näher als es scheint) könnten das ganze Unterfangen mathematisch unmöglich machen.

Größere, flachere Ballons könnten den Komfort des Ganzen erhöhen, besonders wenn wir sie aus durchsichtigem, wasserstoffbeständigem Kunststoff bauen und die Algen auf der inneren Bodenfläche platzieren könnten. Wir konnten sie immer noch nicht unbedeckt lassen (weil wir den von ihnen produzierten Sauerstoff sequestrieren und entsorgen müssen). Aber an diesem Punkt gibt es große strukturelle Probleme, und die Tatsache, dass wir nicht wirklich einen sonnenlichtklaren Kunststoff haben, der robust genug ist, um der Belastung standzuhalten, der Wasserstoff nicht wie ein Sieb austreten lässt. Aber das könnte man vielleicht per Hand wegwinken ;-)

Ich mag das. Der richtige Weg ist, die Algen+Pilz+Bakterien(+Virus)-Symbiote auf der äußeren Oberseite des Ballons wachsen zu lassen, wobei eine zweite Membran sie an Ort und Stelle hält. Die Oberseite des Ballons ist in eine Richtung (Handwelle) durchlässig für H2 und das erzeugte Gas diffundiert hinein. Atmosphärisches Wasser und O2 und CO2 und Pilotkohlenwasserstoffe oder Honig werden über die äußere Membran getropft und diffundieren in die Symbiontenschicht. Machen Sie es so schnell, dass das Entlüften eine einfache Option ist und hinzugefügtes Ausgangsmaterial vollständig und schnell umgewandelt wird.

Ich denke "ja", aber mit ein paar Perspektivwechseln:

Denken Sie zuerst an ein Luftschiff und nicht an einen Heißluftballon: Verwenden Sie Ihr Gas nicht, um Ihre Höhe zu kontrollieren, es ist zu wertvoll, um es einfach zu entlüften. Verwenden Sie Laufräder und Steuerflugzeuge, wie ein Zeppelin, um auf und ab zu FLIEGEN.

Der Teil "mehr Kraftstoff nach oben werfen" ist unwahrscheinlich ... aber das bedeutet nicht, dass sie im Laufe der Zeit nicht den gesamten erforderlichen Auftrieb erzeugen können ...

Was auch das Massenproblem löst ... eine Bakterienkolonie zur Hand zu haben, die gerade groß genug ist, um das Luftschiff ständig voll zu halten und das Volumen für die gelegentliche Ladung schwerer Fracht zu erhöhen ...

Könnte eine Mikrobe plausibel Auftriebsgas für bemannte Ballonfahrten erzeugen?
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v