Welche nützlichen Materialien können aus der Atmosphäre der Venus gewonnen werden?

Dies ist eine ziemlich weit gefasste Frage, daher werde ich hauptsächlich versuchen, Sie in die richtige Richtung zu weisen, anstatt sie direkt zu beantworten. Erstens ist die venusianische Atmosphäre eine hochdynamische und vielfältige Umgebung, sowohl in Bezug auf die Beschaffenheit als auch auf den Umgebungsdruck, die Temperatur und sogar das Wetter. Es bildet viele unterschiedliche Schichten in verschiedenen Höhen und seine Troposphäre erstreckt sich auf etwa 100 km (ich nehme an, es gibt einen Tippfehler im Wikipedia-Artikel und sie meinten 65 Meilen, nicht 65 km). Zur einfacheren Bezugnahme hier das Luftdruckdiagramm auf der Venus aus dem bereits verlinkten Wikipedia-Artikel:

Seine Zusammensetzung besteht hauptsächlich aus Kohlendioxid ($\require{mhchem}\ce{CO2}$96,5 %) und geringerer Stickstoffmenge ($\ce{N2}$3,5 %), während andere Bestandteile in Spuren vorhanden sind, aber das schließt sie nicht wirklich von der Möglichkeit aus, sie aus der Atmosphäre zu extrahieren.

Beispielsweise sind in den Wolkenschichten zwischen ~ 50 und 70 km große Konzentrationen von Schwefelsäure ($\ce{H2SO4}$) und geringere Konzentrationen von Schwefelwasserstoff ($\ce{H2S}$) nachgewiesen werden und es wäre möglich, daraus durch Elektrolyse und den Einsatz von Reduktionskatalysatoren Wasserstoff, Schwefel und Sauerstoff zu gewinnen. Ähnliches kann mit Kohlendioxid erfolgen, um Sauerstoff und Kohlenstoff in einer zweistufigen Elektrolyse der Atmosphäre oder Photosynthese zu entziehen .

Diese konstituierenden Elemente allein liefern Ihnen bereits eine beliebige Anzahl von molekularen Verbindungen von Interesse, einschließlich für die Atemluft (Stickstoff und Kohlendioxid so wie sie sind, nur in unterschiedlichen Konzentrationen, Sauerstoff und Wasser zur Steuerung der Umgebungsfeuchtigkeit), vorausgesetzt, dass auch vernünftige Deuterium-zu-Wasserstoff-Konzentrationen vorhanden sind B. Trinkwasser, sonst können bei der Elektrolyse Deuterium- und Wasserstoffatome getrennt werden oder schweres Wasser ($\ce{D2O}$) aus Wasser ($\ce{H2O}$) mit zusätzlicher Trennung nach Molekulargewicht. Stickstoff und Wasserstoff ergeben Ammoniak ($\ce{NH3}$), die als flüssiges Kühl-/Kältemittel, Düngemittel, Kraftstoff, ...

Kohlenstoff und Wasserstoff ermöglichen auch die Produktion von synthetisierten oder natürlich gewachsenen Kohlenhydraten und Polykohlenhydraten als Nährstoffe, Kohlenhydratketten und aromatischen Kohlenhydraten als Kunststoffe , z. B. Vinyl , Polyethylen , die Sie vielleicht in vielen Produkten erkennen, indem Sie das HDPE-Polyethylen hoher Dichte oder PE-Recycling-Schild aufdrucken oder Einbettung und HDPE werden nicht einmal durch Schwefelsäure korrodiert, so dass sie in venusianischer Atmosphäre für den Bau ausgiebig verwendet werden könnten. Vorausgesetzt, Sie können Chlor extrahieren, das auch direkt unter der Wolkenschicht vorhanden ist, könnten Sie auch PVC herstellen .

Die Siedepunkte einiger Metalle und metallischer Legierungen liegen auch unter der venusianischen Oberflächentemperatur von ~ 462 °C (z. B. Cadmium, Blei, einige Magnesiumlegierungen, Quecksilber, Phosphor, Kalium, Selen, ...), sodass sie Dampf bilden könnten, der transportiert würde durch thermische Winde in größere Höhen , wo sie mit dem Temperaturabfall zu schwereren Molekülen kondensieren oder sich wieder zu schwereren Molekülen verbinden (letzteres könnte für Moleküle gelten, die Phosphor und Kalium enthalten) und metallische Niederschlagsablagerungen bilden. Es wäre möglich, einige dieser Metalle aus der unteren Atmosphäre auf kondensierenden Oberflächenballons in geringer Höhe zu sammeln oder sogar ihre schneeähnlichen Niederschläge von Hochgebirgsoberflächen mit Kabelkränen zu sammeln.

Aber für jede ernsthafte Kolonie in venusianischen Wolken, wo Druck und Temperatur der Erdoberfläche entsprechen, dient Atemluft als Hebegas, und eine, die keine Materialien von anderswo im Sonnensystem importieren müsste, würde immer noch die Fähigkeit dazu benötigen pflücken Sie zumindest mit Kabelkränen oder ähnlichem Steine ​​und Geröll von der Oberfläche, um Ihre Kolonie auch mit Silizium, Eisen, Kupfer und anderen nützlichen Elementen und Verbindungen zu versorgen. B. zur Herstellung von Siliziumkarbid ($\ce{SiC}$) Low-Power-Elektronik, Galliumnitrid ($\ce{GaN}$) Hochleistungstransistoren , Dioden oder Photovoltaik oder Galliumphosphid ($\ce{GaP}$), da alle diese Materialien eine gute Hitze- und Strahlungstoleranz aufweisen.

Als weitere Referenz schlage ich vor , den NASA Technical Report Server (NTRS) nach den Werken von Geoffrey A. Landis zu durchsuchen , vielleicht beginnend mit Colonization of Venus (PDF), das für die Konferenz über die Erforschung des menschlichen Weltraums 2003 veröffentlicht wurde und kurz die Möglichkeit des Baus von Aerostaten darstellt Kolonien in venusianischer Atmosphäre und ihnen zur Verfügung stehende natürliche Ressourcen.

Altes Thema, aber für die, die gerade auftauchen:

1. Es gibt zwei Hauptkandidaten für den „unbekannten UV-Absorber“ in der Atmosphäre der Venus, und wahrscheinlich ist die wahrscheinlichste Antwort ein gewisses Maß an beidem. Einer davon ist elementarer Schwefel. Das andere? Eisenchlorid. Tatsächlich entdeckte eine der Venera-Sonden während ihres Abstiegs Eisen. Alle Beweise deuten darauf hin, dass auf der Venus eine kleine Menge Eisen in der Luft ist.

2. "(z. B. Cadmium, Blei, einige Magnesiumlegierungen, Quecksilber, Phosphor, Kalium, Selen, ...)"

Nur weil etwas in irgendeiner Form abkochen kann, heißt das nicht, dass es das in der Praxis auch tut (chemische Reaktionen kommen ins Spiel) oder dass es es schaffen könnte, satte 50+ Kilometer hoch transportiert zu werden (auf der Erde wäre das auf halbem Weg zur Karman-Linie) durch eine Atmosphäre, die an der Basis 90 atm beträgt, ohne auszufallen. Andererseits besteht die Welt nicht aus reinen Elementen, es gibt alle möglichen Verbindungen, und viele haben einen weitaus niedrigeren Siedepunkt als ihre elementaren Formen. Es wird kompliziert.

Tatsache ist, dass wir nicht wissen, aus welchen Nebenbestandteilen die Wolkendecks der Venus bestehen. Bereits in den 1960er Jahren wurde die Theorie aufgestellt, dass die Wolken aus einer Vielzahl von Quecksilberverbindungen bestehen. Jetzt wissen wir, dass Quecksilber nur ein Spurenelement in den Wolken sein kann. Eine andere Theorie, die ziemlich gut ausgeschlossen wurde, ist Aluminiumchlorid. Einige Antimonverbindungen, Bromverbindungen und Jodverbindungen werden als möglich, wenn nicht wahrscheinlich angesehen, jedoch nur in geringen Mengen.

Es gibt eine Reihe von Chemikalien, von denen bekannt ist, dass sie in der Atmosphäre der Venus existieren, die normalerweise nicht in den Listen der atmosphärischen Komponenten der Venus aufgeführt sind. Zum Beispiel sind der untere Dunst und möglicherweise ein Großteil des unteren Wolkendecks reich an Phosphorsäure. In der Atmosphäre der Venus gibt es auch eine Vielzahl saurer/korrosiver Chlorverbindungen (die meisten Listen zeigen nur HCl), darunter einige, die Schwefelsäure zahm erscheinen lassen (z. B. wird angenommen, dass Perchlorsäure einen kleinen Bestandteil der Wolkenpartikel ausmacht). Beachten Sie übrigens, dass die Wolkenpartikel ein feiner Nebel sind, es ist nicht wie ein Säurebad ... eher wie ein wirklich schlimmer Smog / Vog, der dazu neigt, die Dinge mit der Zeit zu zerfressen. Es gibt einige Hinweise, im Gegensatz zu dem oft dargestellten, stark vereinfachten Bild, dass es sogar "Oberflächentrübungen" geben könnte. - Die Lander erlebten während ihrer letzten 1-2 km eine gewisse Verdunkelung, die manche als Schleier interpretieren. Dies wären einige interessante Verbindungen.

Es gibt ziemlich gute Beweise dafür, dass die Oberfläche der Venus exotischen Frost oder Schnee aufweist, obwohl die Zusammensetzung noch unbekannt ist. Die Oberfläche der Venus scheint aus Laven zu bestehen, die für sich genommen eher reich an interessanten Mineralien sind (z. B. gibt es gute Hinweise auf Karbonatite - sehen Sie sich an, mit welchen wirtschaftlichen Vorkommen von Mineralien sie auf der Erde in Verbindung gebracht werden). Aber es ist auch einigen intensiven chemischen Verwitterungsprozessen ausgesetzt, die dazu neigen, bestimmte Mineralien in verschiedenen Umgebungen zu konzentrieren. Die Oberfläche der Venus ist also wahrscheinlich eine Schatzkammer des Bergbaus. Es ist leicht, die Schwierigkeit des Zugangs zur Oberfläche zu übertreiben; nein, es ist kein Spaziergang im Park, aber auf der anderen Seite ist es nicht viel schwieriger als ein U-Boot. Temperaturprobleme betreffen nur die Außenseite; Das Innere ist isoliert und stützt sich weitgehend auf thermische Trägheit, um sich selbst auf einer angenehmen Betriebstemperatur zu halten. Die Sowjets landeten funktionsfähige und leistungsfähige Sonden mit der Technologie der 1960er Jahre. Die Sowjets hoben nie von der Oberfläche ab und gingen zurück auf das Wolkendeck, aber wir wissen, wie man das macht – es heißt Phasenwechselballon.

Nein, Sie müssen keine Elektrolyse durchführen, um Sauerstoff aus H ₂ SO ₄ zu extrahieren – Sie müssen es nur erhitzen. H ₂ SO ₄ zerfällt bei hohen Temperaturen zu H ₂ O + SO ₃ und das SO ₃ reduziert sich zu SO ₂ + O ₂ . Sie erhalten also sowohl H ₂ O als auch O ₂aus einem einfachen Prozess. Natürlich machen die Details es schwierig, weil Sie die anderen gemischten Verbindungen darin haben, Sie müssen die sauren Gase (von denen viele hygroskopisch sind) vom Wasserstrom trennen usw. Aber auf der anderen Seite gibt die Atmosphäre der Venus wirklich nach Zum einen die Gabe, alle bis auf eine der wichtigsten industriellen Säuren (alle außer Salpetersäure) in einer relativ leicht erhältlichen Form bereitzustellen, und Salpetersäure ist relativ einfach herzustellen. Ein lustiger Nebeneffekt von Venus ist, dass viele wichtige industrielle Prozesse (der Haber-Prozess, die Sabatier-Reaktion usw.) erhöhte Temperaturen und Drücke erfordern, damit die Thermodynamik funktioniert. Auf der Venus bedeutet das nur „Abstieg“. :)

Apropos Kunststoffe: Es steht außer Frage, dass das perfekte Hautmaterial ein PTFE-Copolymer mit IR-reflektierenden Zusätzen ist. PTFE ist nahezu perfekt für die Venus-Umgebung ausgelegt, was seine erstaunliche chemische Beständigkeit, Hitzebeständigkeit, UV-Stabilität, relativ einfachen Herstellungsprozess usw. betrifft. Es muss natürlich mit einem Ripstop verbunden werden. Normalerweise würden wir auf der Erde Nylon verwenden, aber für die Venus ist es wirklich nicht ideal, die Produktionsketten sind ziemlich lang. UHMWPE (Spektren) ist wahrscheinlich eine viel bessere Wahl; Sein Monomer ist einfach herzustellen, es hat eine unglaublich hohe Zugfestigkeit (höher als Kevlar), ist sehr leicht (schwimmt sogar im Wasser) und ist sehr abriebfest. Außerdem sind sowohl UHMWPE als auch PTFE, obwohl beide nicht gerne an irgendetwas haften, beide Thermoplaste und können daher thermisch verbunden werden.

_{Beachten Sie, dass HDPE im Gegensatz zu dem, was oben gesagt wurde, mit konzentrierter H 2} SO ₄ nicht langzeitstabil ist (es liegt bei etwa 80 % im mittleren Wolkendeck). Obwohl das für Flüssigkeiten gilt, nicht für Nebel; es könnte besser in Nebel sein. Aber der entscheidende Punkt ist, die PTFE-Schicht ist das, was Sie den Wolken ausgesetzt haben.

Es gäbe noch so viel mehr zu diesem Thema zu schreiben, aber ich belasse es erstmal dabei. :)