Sauerstoff in die Atmosphäre des Titanen pumpen

Aufgabe zur Hand

Um Titan für Menschen gastfreundlich zu machen, müssen Sie sowohl die Temperatur als auch die Zusammensetzung der Atmosphäre verändern. Ihre Idee zur Elektrolyse kann beide Probleme lösen. Um eine Atmosphäre zu beeinflussen, muss eine riesige Menge an Infrastruktur gebaut werden, wahrscheinlich Hunderte oder Tausende von großen Reaktoren, um Energie und Gas zu erzeugen, und große Support-Teams oder Roboter, um sicherzustellen, dass sie reibungslos funktionieren.

Weiter so

Zunächst wandeln Sie Wasser in Sauerstoff- und Wasserstoffgas um. Sie speichern das Wasserstoffgas und geben den Sauerstoff in die Atmosphäre ab. Wenn sich genug Sauerstoff ansammelt, setzen Sie die Atmosphäre in Brand und wandeln Sauerstoff und Methan in Wasser und Kohlendioxid um. Schließlich geht das Methan zur Neige und der Sauerstoff beginnt sich anzusammeln, bis genug produziert wurde, um ein atembares Niveau zu erreichen, aber Menschen können hier immer noch nicht leben.

Der Feuersturm hat die Atmosphäre beträchtlich aufgeheizt, aber möglicherweise müssen Sie den Erwärmungsprozess fortsetzen. Das ist in Ordnung, erinnerst du dich an den Wasserstoff, den du gesammelt hast? Das ist der perfekte Brennstoff für Fusionsreaktoren (wenn Sie Glück haben, gibt es in Titans Ozeanen reichlich schweres Wasser, ansonsten benötigen Sie Energie aus einer anderen Quelle). Indem Sie zahlreiche Fusionsreaktoren an der Oberfläche bauen, können Sie mehr Elektrolyse betreiben und überschüssige Wärme in die Atmosphäre abgeben, bis sie eine angenehme Temperatur erreicht.

Irgendwann möchten Sie vielleicht etwas einheimische Biologie, die dabei hilft, die Luft von CO2 zu reinigen.

Zusammenfassend stellen Sie Sauerstoff her, um das Methan loszuwerden und die Luft atmungsaktiv zu machen, dann heizen Sie die Luft auf, bis sie warm genug für Menschen ist, und Sie versorgen alles mit Fusionsenergie aus dem Wasserstoffnebenprodukt der Elektrolyse.

Energie, heilige Fusion

Schließlich versucht ITER, Deuterium und Tritium für die Fusion zu verwenden, die beide seltenere Formen von Wasserstoff sind. Deuterium kommt natürlicherweise im Ozean der Erde vor, also könnte man annehmen, dass es auch im Titan vorkommt. Es ist auch möglich, dass die Fusion mit anderen Wasserstoffisotopen entwickelt wird, wenn Titan für die Terraformung bereit ist.

1 kg Wasserstoff in einer Fusionsreaktion kann rund 80 Millionen MJ erzeugen (Wikipedia). Die Elektrolyse von Wasser verbraucht etwa 180 MJ pro kg (Wikipedia). Somit kann 1 kg Fusion der Wasserstoffnebenprodukte 444.444 kg Wasser in Gas umwandeln. Auf der Erde ist etwa 1 von 6.400 Wasserstoffatomen Deuterium (Wikipedia), das für die Fusion geeignet, aber nicht unbedingt ideal ist. 444.444 kg Wasser bedeuten 49.382 kg Wasserstoff, davon dürften etwa 7,5 kg Deuterium sein. Im Wesentlichen können Fusion und Elektrolyse ein geschlossenes energieerzeugendes Ökosystem bilden, sodass die einmal errichteten Fusionsanlagen in der Lage sein sollten, auf Dauer zu laufen, solange sie über eine konstante Wasserversorgung verfügen.

Größe der Infrastruktur in New York

New York City verbraucht jeden Tag rund 3,5 Milliarden Liter Wasser oder 12,775 Billionen kg Wasser alle zehn Jahre. Die Atmosphäre von Titan enthält etwa 5,94E18 kg Gas, das meiste davon Stickstoff. Wir müssen nur genug Sauerstoff umwandeln, um etwa 15 % der Atmosphäre auszugleichen (5 %, um den Stickstoff zu eliminieren, 10 %, um Luft zum Atmen zuzuführen). Das bedeutet, dass wir 8,91 E17 kg Sauerstoff herstellen müssen. Wenn wir davon ausgehen, dass jedes Kraftwerk so viel Wasser verbrauchen kann wie NYC, dann benötigen wir 87.181 Terraforming-Stationen (87.181 = 8,91E+17/((12,775E+12)*8/10).

Abschluss

Mit der aktuellen Technologie sind diese Terraforming-Stationen offensichtlich unerreichbar, aber die einzige bedeutende technologische Voraussetzung, die sie haben, ist eine sehr effektive Fusion. Sobald Sie Energie haben, können Sie leicht Sauerstoff herstellen, und Menschen haben bereits viel Erfahrung darin, große Mengen Wasser zu bewegen.

Als dies auf der Erde geschah, stellte sich heraus, dass es das große Oxidationsereignis war , das von all den Algen verursacht wurde, die in den Ozeanen mit Photosynthese beschäftigt waren.

Das Great Oxidation Event (GOE), manchmal auch als Great Oxygenation Event, Oxygen Catastrophe, Oxygen Crisis, Oxygen Holocaust oder Oxygen Revolution bezeichnet, war ein Zeitraum, in dem die Erdatmosphäre und der flache Ozean zum ersten Mal einen Anstieg des Sauerstoffs erlebten, ungefähr 2,4 –2,0 Ga (vor Milliarden Jahren) während des Paläoproterozoikums. Geologische, isotopische und chemische Beweise deuten darauf hin, dass biologisch produzierter molekularer Sauerstoff (Disauerstoff, O2) begann, sich in der Erdatmosphäre anzusammeln und sie von einer schwach reduzierenden Atmosphäre in eine oxidierende Atmosphäre zu verwandeln, wodurch viele existierende Arten auf der Erde aussterben. Die den Sauerstoff produzierenden Cyanobakterien verursachten das Ereignis, das die nachfolgende Entwicklung vielzelliger Lebensformen ermöglichte.

Nun, das Mischen von Sauerstoff und Methan ist nicht so gefährlich wie das Mischen von Wasserstoff und Sauerstoff, aber es wird jedem Ingenieur, der seinen Abschluss verdient, die Haare auf den Kopf stellen.

Alles, was in der Atmosphäre und an der Oberfläche oxidierbar ist, reagiert mit diesem Sauerstoff, was bedeutet, dass Sie alle diese Substanzen verbrauchen müssen, bevor Sie einen signifikanten Anstieg der atmosphärischen Sauerstoffkonzentration bemerken.

Die Oxidation von Methan wird Ihre Atmosphäre mit Wasserdampf und CO2 füllen, die beide Treibhausgase sind, die wahrscheinlich dazu beitragen werden, die Temperaturen des Mondes zu erhöhen. Von dort aus werden Sie eine Rückkopplungsschleife beginnen, die ich nicht abschätzen kann.

《Ich glaube nicht, dass Titan Felsen hat. Es ist alles Eis. 》

Ich werde meinen Kommentar ein wenig erweitern, um einige Hürden zu beseitigen, da es hier anscheinend eine Notwendigkeit für ein allgemeines Bild gibt.

„Basierend auf seiner Schüttdichte von 1,88 g/cm3 besteht die Zusammensetzung von Titan zur Hälfte aus Wassereis und zur Hälfte aus Gestein.“ "Titan ist wahrscheinlich teilweise in verschiedene Schichten mit einem 3.400 Kilometer langen felsigen Zentrum differenziert" ( Wiki )

Ja, es gibt eine gewisse Tiefe, um es zu erreichen, aber hey, suchst du nicht nach epischen Herausforderungen, die es zu meistern gilt, lol? Es ist Teil dieses titanischen Unterfangens. Sie müssen das Ding umdrehen, um das zu tun, was Sie beschreiben.

In der Tat 900 km nach unten, um Basalt und so zu erreichen, scheint aber zu viel zu sein, selbst wenn "nur" Eis darauf ist, das man schmelzen und die Schwerkraft auf diesen Körper senken kann.

Aber ein Problem ist, dass jede globale Veränderung in einer solchen Größenordnung, selbst wenn es nur ein Mond ist, selbst wenn es nicht so bedeutend aussieht, als würde man einfach 20 Prozent Sauerstoff hinzufügen und 5 Prozent Methan entfernen, es ist immer noch eine ziemlich große Aufgabe , nicht etwas, das mit einem Fortposten in angemessener Zeit erledigt werden kann.

Wie viel Aufwand oder etwas es erfordert, weiß ich im Moment nicht, aber lassen Sie uns sehen, einige messbare Dinge können wir ableiten, nur einen Teil der erforderlichen Aktivität.

Beobachtungen der Raumsonden Voyager haben gezeigt, dass die Atmosphäre von Titan mit einem Oberflächendruck von etwa 1,45 atm dichter ist als die der Erde. Es ist auch etwa 1,19-mal so massiv wie die Erde insgesamt

Das spricht schon Bände, aber was es in der praktischen Realität bedeutet, in Dingen können wir eine greifbarere subjektive Wahrnehmung haben.

Die Gesamtmasse der Titanatmosphäre beträgt etwa 6e18 kg, und für 20 Prozent Sauerstoff müssen wir etwa 1/5 davon hinzufügen, aber lassen Sie uns mit 1,3e18 kg gehen

• Versuchen Sie nicht, mit Zahlen genau zu sein, und es gibt versteckte Annahmen und vielleicht auch einige Fehler. Ich möchte nur, dass die Berechnung in diesem Fall für mich einfacher ist, da ich an der Größenordnung dieser Ergebnisse interessiert bin.

Angenommen, Ihre Anlagen blasen etwas warme Luft aus, aus welchen Gründen auch immer, es gibt genug davon, dann bedeutet dies, dass der Prozess etwa 1e18 Kubikmeter Sauerstoff oder etwa 1e9 Kubikkilometer Sauerstoff freisetzen muss.

Angenommen, Sie haben ein Rohr mit einem Querschnitt von 1 Quadratkilometer, um diesen Sauerstoff bei einer Geschwindigkeit von 100 m / s auszublasen, und es dauert ungefähr 317 Jahre, bis die Arbeit abgeschlossen ist.

Sooo, 317 solcher Installationen schaffen das in einem Jahr, und wenn die Luftausstoßgeschwindigkeit 10 m/s beträgt, was weniger anspruchsvoll und realistischer erscheint, dann sind es 3170 solcher Installationen.

• Okay, ich muss zugeben, es ist viel besser als ich erwartet hatte.

Wenn jede dieser Installationen 10 x 10 Quadratkilometer für andere Ausrüstung und dergleichen beansprucht, dann sind es insgesamt nur 0,5 Prozent der Oberfläche von Titan, um das Ergebnis in einem Jahr zu erzielen.

welche Ordnung von Energie es braucht

Laut Wiki verbrauchen industrielle Prozesse etwa 50 kWh pro kg Wasserstoff, was 8 kg Sauerstoff bedeutet, also etwa 6 kWh pro kg Sauerstoff.

Gemäß unserer Zahl von 1,3 bis 18 kg Sauerstoff benötigen wir etwa 8 bis 18 kWh, um die Arbeit zu beenden, und mit unserem Zeitrahmen von 1 Jahr sind etwa 913.242.009 GW Leistung für die Stromerzeugung erforderlich.

Zum Vergleich: Industrieländer produzieren heute hier auf der Erde Strom in Hunderten von GW-Zahlen, etwa 50 bis 300 pro Land. (Gesamtenergieerzeugung und -verbrauch pro Land beträgt etwa das 6-fache davon, wenn ich mich richtig erinnere)

• Sooo Energiebedarf sind ganz gut, wie erwartet, befriedigt zumindest etwas richtig zu erahnen.

Selbst wenn wir also den Zeitrahmen auf 10 oder 100 Jahre ausdehnen, übertrifft es immer noch den gesamten Energieverbrauch der Energieerzeugung auf diesem Planeten, etwa hundert- oder tausendmal.

Das ist nur eine Energieverbrauchsaktivität, aber es braucht mehr, Luft für Methan zu reinigen, Ammoniak aus Wasser zu extrahieren, damit es nicht in Ihrer frisch geschaffenen Atmosphäre freigesetzt wird. Und ich muss es betonen, die Lösung aus Wasser und NH3 ist die Hälfte des Planeten und hat 8 Prozent der Masse (oder so etwas, ich werde diese Wikis nicht noch einmal lesen) und dass wir von bis zu 1e22 kg zu verarbeitendem Material sprechen (Gesamtmasse). von Titan ist 1,34e23 kg), zumindest ein Teil davon, der sich auf der neuen Wasserwelt befindet, mag ein Bruchteil der Gesamtmenge sein, aber es ist immer noch gigantisch. Vielleicht nicht einmal im Sinne der Energie, die zum Extrahieren erforderlich ist, sondern in gewissem Sinne, wie viel Massenbewegung Sie erzeugen müssen, um Material extrahieren zu können.

Lagerung

Abfallwasserstoff kann in Ammoniak umgewandelt werden, wobei gleichzeitig etwas Stickstoff aus der Atmosphäre entfernt wird, um den Druck zu verringern (maaan, der ganze Mond wird anfangen zu sprudeln, wird episch sein), und dann kann er in einigen Tiefen des Ozeandings gespeichert werden. Es erfordert nicht so viel Druck, um es in eine Flüssigkeit umzuwandeln.

Elektrolysierende Gesteine ​​- Abfallprodukte sind Metalle und Si, sie sind einfacher zu lagern und können in Konstruktionen nützlich sein, aber ja, es kann ziemlich tief sein, um freien Zugang dazu zu bekommen, wenn unten nicht einige Berge hervorstehen des Ozeans. Option, die von den verfügbaren Technologien und der Situation auf dem Gelände abhängt.

bessere Optionen, Alternativen

In Kommentaren wurde vorgeschlagen, einige Monde zu verwenden, die keine Atmosphäre haben, es könnte in der Tat eine bessere Wahl sein, aus der Perspektive, dass die Dinge sauberer und kontrollierbarer bleiben. Es gibt keine giftigen Gase, die sich mit Ihrer neu geschaffenen Atmosphäre vermischen könnten.

Ich verstehe den Wunsch, ein großartiges Bild zu malen, eine Idee auszudrücken, aber es geht nicht immer mit dem einher, was Sinn macht.

Diese kuppelartigen Konstruktionen in der Expanse-Serie sind eigentlich keine schlechte Alternative für eine vollständige Konvertierung. (auf Ganimede, wenn ich mich richtig erinnere)

Wahrscheinlich ist eines der Dinge, deren Bedeutung und Implikationen Sie möglicherweise übersehen, dass die Sonne als Lichtquelle an diesem Ort im Grunde nicht vorhanden ist. Das heißt, nur Luft zu machen, bringt dem Titane-Mond ohne die kostenlose Sonnenenergie, an die wir so gewöhnt sind, nicht so viele Vorteile. Sie müssen eine künstliche Sonne für den ganzen Mond schaffen, um diese Atmosphäre zu nutzen, oder es wächst kein Pflanzenleben und die Atmosphäre wird nahe daran sein, sinnlos zu sein.

Bauen Sie Weltraumlebensräume im Orbit, tun Sie, wofür Sie diesen Titan brauchen, tun Sie es remote, über Maschinen und Satellitennetzwerke wie StarLink, genießen Sie die volle Schwerkraft, grüne Pflanzen, frische Luft und andere gute Arbeitsbedingungen, und lassen Sie Roboter für ihren KI-Oberherrn leiden kommen.

Tu es für alle Monde, verwandle sie alle in Weltraumlebensräume und Schlachtschiffe oder was auch immer. Das Zeug, über das du versuchst, Fantasie zu haben, ist veraltet und direkt aus den 70ern - nicht cool, nicht episch. Oder wenn die Dinge nur Kulisse sind, dann winken Sie einfach mit der Hand und machen Sie stattdessen eine gute Geschichte. Wenn die Aktivität im Weltraum einer der Knochen für die Geschichte oder Hauptlinie ist, dann nimm eine rote Pille und wandele sie in Weltraumhabits um, was der Weg ist, um überall, wo du hingehst, eine gute Umgebung zu schaffen. Und begrüßen Sie ferngesteuerte Geräte und Roboter, die heute im Bergbau (ausgereift) und an anderen Orten (Ausgereiftheit variiert) an der Tagesordnung sind.

Sie haben mehrere Probleme zu bewältigen.

Reichlich freier Sauerstoff und Methan können ein explosives Gemisch bilden. Aber es ist konzentrationsabhängig. In der Erdatmosphäre liegen die unteren und oberen Grenzen für die Entflammbarkeit bei 5 % und 17 % (bezogen auf das Volumen). Aus Sicherheitsgründen sollten Sie also das Methanvolumen in der Atmosphäre reduzieren, bevor Sie zu weit in die Freisetzung von freiem Sauerstoff geraten. Wasserstoffgrenzen sind 4 % bis 75 %

Glücklicherweise ist die Atmosphäre bereits so kalt, dass eine fraktionierte Destillation zur Entfernung von Methan ziemlich einfach ist. Dieses Methan könnte angesichts der kalten Bedingungen leicht langfristig gelagert werden, aber wenn Sie Terraforming planen, wäre es einfacher, es nach dem Cracken des Methans in etwas zu lagern, das bei höheren Temperaturen leicht gelagert werden kann, wie z. B. Methanol (das auch Sauerstoff erfordern würde).

Die Langzeitspeicherung von Wasserstoff ist sogar noch schwieriger. Es ist ein so kleines Molekül, es dringt durch Materialien, und die Wasserstoffversprödung von Metallen ist definitiv ein Problem. Die Umwandlung von Wasserstoff in Ammoniak ist jedoch unkompliziert und Sie haben den gesamten Stickstoff, den Sie benötigen, in Ihrer Atmosphäre.

Im Zusammenhang mit Terraforming bezieht sich die Langzeitspeicherung nicht auf Jahre oder Jahrzehnte, sondern auf Jahrtausende oder sogar noch länger. Sie möchten nicht, dass Methan oder Wasserstoff zurück in Ihre Umgebung gelangen, es sei denn, Sie planen, diese Komponenten kontinuierlich aktiv aus Ihrer Atmosphäre zu entfernen. Und wenn Sie die Skalierung in Betracht ziehen, haben Sie auch keine andere Wahl.

Abschließend die Frage der Skalierung. Die Gesamtmasse der Titan-Atmosphäre ist etwa 19 % größer als die der Erdatmosphäre, also nahe genug, um den Unterschied in den Maßstabsanforderungen zu ignorieren. Nehmen wir also einfach an, Sie müssen genug Sauerstoff erzeugen, um dem Sauerstoff in der Erdatmosphäre zu entsprechen. Sie benötigen also etwa 1E18 kg freies O2. Wenn Sie runde Zahlen verwenden, benötigen Sie mindestens 9 MJ pro kg produziertem O2, also nennen wir es für unsere Schätzung einfach 10. 10 MJ Zeit 1E18 kg O2 bedeutet, dass Sie etwa 1E25 KJ Energie benötigen. Ein 1-GW-Kraftwerk, das 1 Jahr lang läuft, gibt Ihnen 3E16 Joule. Sie brauchen also ungefähr 300.000 Kraftwerke, die 1000 Jahre lang laufen.

Ich versuche nicht einmal zu erraten, wie viel zusätzlichen freien Sauerstoff Sie benötigen werden, um dem entgegenzuwirken, der bei der Oxidation der Mineralien auf der Oberfläche von Titan verbraucht wird.

Zum Vergleich: Die gesamte jährliche Stromerzeugungskapazität der Erde beträgt etwa 20.000 TWh oder etwa 6,3E14 J. Das bedeutet, dass Sie etwa 16 Milliarden Jahre der gesamten elektrischen Leistung der Welt benötigen, um nur freies O2 zu erzeugen.

Ich bin sehr großzügig davon ausgegangen, dass Ihr Elektrolyseprozess zu 100 % effizient ist, da es eindeutig in Ihrem Interesse wäre, diesen Prozess zu perfektionieren. Du erfindest besser auch Mr. Fusion.

Holen Sie sich Ihr O2 woanders, wenn Sie können, es wird extrem schwierig sein, Ihr eigenes auf Titan zu machen. Ich schlage die Sonne vor. Der Sauerstoff ist ein Spurenelement in der Sonne, ich habe einmal nachgerechnet und festgestellt, dass die Masse des Sauerstoffs in der Sonne die Masse der gesamten Erde (nicht ihr Sauerstoff, aber alles) um etwa 10:1 übersteigt. Stellar Uplifting sollte Ihnen einen schönen Massenstrom geben, und Sonnenkollektoren sind ziemlich effektiv, wenn sie sich in der Nähe der Sonne befinden.