Wenn der Mars Kohle enthält, wird er dann zu einer dominierenden Energiequelle?

Im Jahr 2099 n. Chr. machten die Menschen eine große Entdeckung. Es gibt eine reiche Quelle fossiler Brennstoffe, die unter Schichten des Marsbodens begraben ist. Es wird geschätzt, dass das entdeckte Kohlevorkommen bis zu 1 Milliarde Barrel Öl füllen könnte, und es gibt wahrscheinlich noch mehr zu entdecken.

Während es verlockend ist, sie in einem kontrollierten Setup in Brand zu setzen, werden die Leute sie als ihre Hauptbrennstoffquelle verwenden oder gibt es bessere Alternativen?

Angenommen, es gab Leben in der frühen Geschichte des Roten Planeten, lange bevor wir ihn kolonisierten.

Dieses Buch ist verwandt, ich habe es nicht gelesen, aber es enthält eine wissenschaftliche Analyse der Kosten und Möglichkeiten für Energiequellen auf dem Mars und Transportkosten: books.google.co.uk/…
Wenn wir die Technologie haben, um zuverlässig zum Mars zu gelangen und ihn abzubauen, ist es nicht allzu weit hergeholt anzunehmen, dass wir eine viel zuverlässigere Brennstoffquelle wie Fusion haben würden. Ich würde einfach so weitermachen und all die Kohle ignorieren, besonders wenn man die Abbaukosten bedenkt.
Eine Milliarde Barrel ist auf der Erde, wo 100 Millionen Öl pro Tag verbraucht werden, nahe Null. Mit dem Sauerstoffmangel müsste es also terraformt werden, und wenn es terraformt wird, dann hat es eine riesige Bevölkerung, die ihre Energie bereits woanders bezieht ...
Abgesehen davon bin ich mir ziemlich sicher, dass Kohlevorkommen ein starker Beweis für reichlich Leben in der Vergangenheit des Planeten sind.
Wenn Ihr Mars Kohlevorkommen enthält, brauchen Sie eine neue Karte, Sie sind nicht auf dem Mars gelandet. Unabhängig davon haben Sie jetzt einen Haufen Kohlenstoff. Was werden Sie damit machen, es in CO2 fast im Vakuum verbrennen? Die Sauerstoffkonzentration auf dem Mars ist 1/28000 so hoch wie auf der Erde. Sie könnten dies für die Verbrennung als grob unzureichend empfinden.

Antworten (4)

Das Verbrennen fossiler Brennstoffe auf dem Mars ist höchst unpraktisch. Kohle zu verbrennen bedeutet, Sauerstoff zu verbrauchen, der auf dem Mars nicht ohne weiteres verfügbar ist. Solange die menschliche Bevölkerung auf dem Mars in ökologisch abgeschlossenen Kolonien leben muss, muss Sauerstoff von Kulturpflanzen durch Photosynthese produziert, aus Wasser oder Mineralien zu unerschwinglichen Energiekosten befreit werden (mehr Energie, als Sie durch das Verbrennen von Kohle gewinnen könnten) oder sogar von der Erde importiert. Solange der Mars nicht terraformiert ist und somit keinen großen Überschuss an Sauerstoff durch Photosynthese produziert, sind Kohle oder andere fossile Brennstoffe keine wirtschaftliche Option zur Energiegewinnung.

Wenn der Mars in etwas erdähnliches terraformiert wurde, ist das Verbrennen fossiler Brennstoffe genauso praktikabel wie auf der Erde. Bis dahin muss der technologische und wissenschaftliche Stand jedoch so weit fortgeschritten sein, dass die Verbrennung von Kohle zur Wärmeerzeugung höchstwahrscheinlich ohnehin obsolet ist.

Die Kohle kann jedoch als Einstieg in die chemische Synthese interessant sein - sie spart Energie für Reaktionswege, die in etwas Organischem enden; Daher ist die Kohle per se möglicherweise nicht als Energiequelle von Nutzen, kann jedoch als Energiesparer in der ansonsten solar-/nuklearbetriebenen Syntheseindustrie angesehen werden, die ansonsten auf von der Erde importiertes oder sehr energieintensives Kohlenstoffquellenmaterial angewiesen ist befreite Kohlenstoff aus Mineralvorkommen, die C viel stärker binden als Kohle.

Während Kohle eine reichhaltige Quelle chemischer Energie ist, sitzen Sie ohne irgendein Oxidationsmittel wirklich nur auf einem Haufen Potenzial und nicht auf einer echten Energiequelle. Der größte Teil des Sauerstoffs auf dem Mars ist chemisch an die Felsen gebunden (daher die rote Farbe des Mars), und die Trennung des Sauerstoffs von den Felsen wird viel Energie verbrauchen, insgesamt viel mehr, als Sie wahrscheinlich durch das Verbrennen von Kohle im neuen gewinnen werden befreite Marsatmosphäre.

Angenommen, es gibt einen Grund dafür, dass die Marsmenschen nicht einfach mehr Kernreaktoren bauen oder importieren oder mehr Sonnenkollektoren pflanzen können, könnten die Marsmenschen auf eine Art elektrochemischer Trickserei zurückgreifen, um so viel Energie wie möglich aus der Kohle ihrer eigenen zu gewinnen vorhandene Sauerstoffversorgung. Im Wesentlichen müssen die Marsianer eine Brennstoffzelle schaffen, die mit fein pulverisiertem Kohlenstaub arbeiten kann, anstatt einfach Kohle in einen Ofen zu leiten und zu verbrennen. Brennstoffzellen vermeiden die Carnot-Grenze der Energieumwandlung (für Kohle und die meisten Verbrennungsarten beträgt dies typischerweise @ 30 % ohne einige wirklich leistungsstarke technische Add-Ons für den Prozess). Selbst eine 50%ige Umwandlung der chemischen Energie der Kohle in elektrische Energie wäre eine enorme Verbesserung, und dies hat auch zusätzliche Auswirkungen auf die Marsianer, einschließlich der Eliminierung des Bedarfs an kapitalintensiven Kesseln, Turbinen und Kühlsystemen und der Verkleinerung des Kraftwerks selbst. Dieses Dokument schlägt vor, dass die Umwandlung in elektrische Energie bis zu 80 % betragen könnte:https://str.llnl.gov/str/June01/Cooper.html

Die kurze Antwort ist also, dass dies für Menschen auf dem Mars ziemlich unpraktisch ist, während die längere Antwort lautet: „Ja, unter einigen ziemlich engen Einschränkungen“.

Es ist schwer vorstellbar, wie wir ein Kohlefrachtschiff zum Mars bringen und es voll beladen zurückbringen könnten, ohne mehr Energie zu verbrauchen, als wir durch die Kohle gewinnen würden. Nehmen wir an, das Schiff wiegt leer 500 Tonnen und bringt 1000 Tonnen Kohle zurück.

Laut einer Diskussion hier im NASA Space Flight Forum werden 170 Millionen Dollar benötigt, um ein 525-Tonnen-Schiff zum Mars zu bringen .

Wenn wir davon ausgehen, dass die Kosten pro Tonne für die Rückfahrt gleich sind (möglicherweise aufgrund der schwächeren Schwerkraft des Mars geringer) und dass das Schiff auf der Rückfahrt dreimal so viel wiegt wie auf dem Hinweg, dann fallen die Treibstoffkosten für die Rückfahrt an ist 170 Mio. $ * 3 = 510 Mio. $ .

Das beläuft sich auf 680 Millionen Dollar Treibstoffkosten , um 1000 Tonnen Kohle zu bekommen, deren Marktpreis im Moment 48,60 Dollar pro Tonne beträgt (laut Quandl ), und unsere Ladung würde uns also auf dem freien Markt fast 50.000 Dollar einbringen . Das ist eine wirklich schlechte Rendite.

Oder könnten wir den Brennstoff verwenden, um die Städte der Marsmenschen mit Strom zu versorgen? Die Effizienz von Solarmodulen würde sich zu diesem Zeitpunkt verbessern, aber vielleicht könnte das Verbrennen von Kohle mehr Energie nach Masse liefern, ich weiß es nicht.
Das Problem beim Verbrennen von Kohle auf dem Mars ist, dass beim Verbrennen sowohl Kohle als auch Sauerstoff verbraucht werden . Da sie die Snobs sind, nehme ich an, dass Marskolonisatoren den wenigen Sauerstoff, den sie haben, für irgendwelche ausgefallenen Dinge wie Atmen und dergleichen verwenden wollen.
Atmen wird überbewertet.
Guter Punkt über den Sauerstoff @ SJuan76. Es gibt nicht genug davon, um Kohle in der Marsatmosphäre zu verbrennen, und wie Sie sagten, würden Menschen, die in Habitaten leben, nicht ihre Sauerstoffversorgung verbrennen wollen, während sie gleichzeitig das Habitat mit tödlichem Kohlenmonoxid und vielen anderen giftigen Gasen und Partikeln füllen. Kohle ist im Gegensatz zu Holzkohle eine sehr komplexe Substanz voller vieler verschiedener Kohlenwasserstoffe, von denen einige sehr schlecht für Sie sind, wenn sie durch Verbrennen freigesetzt werden: Aus diesem Grund können oder sollten Sie Kohle nicht zum Grillen verwenden Beispiel. User6760, Sie haben die denkbar schlechteste Brennstoffidee für den Mars ausgewählt.
und wie wäre es mit dieser Methode ?
@ user6760, das ist Niedertemperaturverbrennung. Es hat den gleichen Sauerstoffbedarf wie normale Verbrennung.
Es ist unwahrscheinlich, dass diese Kosten korrekt sind. Dinge einmal zu tun ist viel teurer als hundertmal. Beispielsweise können viele der Schiffe und Technologien für nachfolgende Läufe wiederverwendet werden.
Das gilt für das Raumschiff, aber meine Zahlen beziehen sich nur auf die Treibstoffkosten, die nicht jedes Mal billiger werden (wenn überhaupt, werden sie mit der Zeit steigen).
Zu einem Zeitpunkt, an dem wir dies tatsächlich in Betracht ziehen. Der Transporter wird mit Wasserstoff betrieben, dessen Preis nicht steigen wird. Kohle kann jedoch viel mehr wert sein, als sie derzeit ist, da es auf der Erde keine Vorräte gibt.
@Webkanguru Woher weißt du, dass der Wasserstoffpreis stagnieren wird? Wasserstoff ist nicht kostenlos, er muss zu Energiekosten hergestellt werden, und diese Energiekosten können aufgrund von Angebot und Nachfrage leicht steigen.
@Hackworth Stimmt, ich mache eine kleine Vermutung, aber ich denke, uns wird die Kohle ausgehen, bevor uns das Wasser ausgeht.

Wie es der Zufall will, ist eines der Haupthindernisse für die Terraformung des Mars die hochgiftige Natur seines Bodens (oder vielmehr Regolith ), die durch eine Fülle von Perchloraten verursacht wird .

Aus dem Papier, Perchlorat auf dem Mars: eine chemische Gefahr und eine Ressource für den Menschen

Perchlorat (ClO 4 − ) ist in Marsböden in Konzentrationen zwischen 0,5 und 1 % weit verbreitet. Bei solchen Konzentrationen könnte Perchlorat eine wichtige Sauerstoffquelle sein

Die Extraktion und Raffination von oxidierenden Salzen durch Tagebau des Regoliths könnte tatsächlich ein Mittel zum Verbrennen von Kohle darstellen. Dies wird natürlich Energie verbrauchen, aber eine Flotte von solarbetriebenen Stripminern könnte Sauerstoff ernten, während gleichzeitig andere nützliche Mineralien aus dem Boden extrahiert werden, sodass die zusätzlichen Energiekosten nicht bestrafend sein müssen.

Werden die Menschen sie als Hauptbrennstoffquelle nutzen oder gibt es bessere Alternativen?

Es hängt vielmehr von der Existenz von Atomkraft ab ... Spaltung oder Fusion. Ersteres erfordert mit ziemlicher Sicherheit Lieferungen von Kernbrennstäben von der Erde, da der Abbau, die Raffination und Anreicherung von Uran auf dem Mars selbst ein enorm teures Unterfangen zu sein scheint und wahrscheinlich auch ziemlich lange dauern wird, bis es in Gang kommt.

Fast jede Siedlung auf dem Mars wird eine gewisse Erzeugungskapazität benötigen, um Staubstürme zu überstehen, die die Nutzung von Solarenergie verhindern könnten. Sofern die Fusion zum Zeitpunkt der Gründung Ihrer Siedlung nicht bereits praktikabel ist, wird sie mit ziemlicher Sicherheit einen Kernreaktor haben (wenn auch möglicherweise einen recht kleinen).

Ein kohlebefeuertes Kraftwerk könnte ausreichen, wenn geeignete Kohle- und Sauerstoffvorräte vorhanden sind, aber um solche Vorräte überhaupt zu bekommen , ist die Art von Infrastruktur erforderlich, die mit ziemlicher Sicherheit voraussetzt, dass ein Kernkraftwerk verfügbar ist. Warum sollte sich in diesem Fall jemand die Mühe machen, Kohle zu verbrennen?

Nein, wahrscheinlicher scheint, dass die Kohle zunächst für wissenschaftliche Zwecke verwendet wird, um etwas über die Karbonzeit des Mars und die Dinge, die während dieser Zeit lebten, zu erfahren. Danach könnte es zu komplexeren Kohlenwasserstoffen verarbeitet werden, z. B. durch Kohleverflüssigung oder ein Kohle-zu-Olefin-Verfahren (für das ich derzeit keine gute Verbindung habe).

Diese Kohlenwasserstoffe können dann verwendet werden, um andere nützliche Chemikalien wie Polymere oder Pharmazeutika oder vielleicht Kraftstoffe herzustellen, die dann effizienter und bequemer und sauberer verbrannt werden können als Kohle (wie Methanol oder Ethanol in einer Brennstoffzelle) oder vielleicht sogar Raketentreibstoff das schien noch nützlich zu sein, was eher von Ihrem technischen Niveau abhängt.

Kohlebefeuerte Heizung und Strom auf dem Mars scheinen eher ein Akt der Verzweiflung als ein letzter verzweifelter Akt als eine vernünftige Nutzung lokaler Ressourcen zu sein.

Wenn der Mars Kohle enthält, wird er dann zu einer dominierenden Energiequelle?
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