Wie viel Energie kann ich mit diesem Verfahren pro kg Wasserstoff erzeugen?

In ferner Zukunft haben die posthumanen Nachfolger der Menschheit die Sterne zerlegt und leben auf ultralangsamen und ultraeffizienten Computern in der Größe eines Sonnensystems, Matrioshka Brains . Der letzte Feind des intelligenten Lebens ist die Entropie, der Vorbote des unvermeidlichen Hitzetods des Universums. Sobald es keinen Energiegradienten mehr gibt, um die Entropie auszunutzen, wird die endgültige Ordnung das Universum von allem Leben befreien.

Aus offensichtlichen Gründen sollte dieses Schicksal so lange wie möglich hinausgezögert werden, daher ist eine möglichst effiziente Nutzung der für die Energieerzeugung nutzbaren Ressourcen unerlässlich. Spaltung und das Ernten der Hawking-Strahlung und Rotationsenergie von Schwarzen Löchern vom Tisch; Mich interessiert, wie viel Energie aus einem Kilogramm Wasserstoff mit folgendem Verfahren gewonnen werden kann.

Der Wasserstoff wird unter Verwendung des CNO-Zyklus so effizient wie möglich zu Helium fusioniert, gefolgt von der Helium-, Kohlenstoff-, Neon-, Sauerstoff- und Siliziumfusion. Das durch diesen Prozess produzierte Eisen kann in einem Fusionsprozess keine Nettoenergie mehr erzeugen, also wird es einem Schwarzen Loch zugeführt, um die Reibungsenergie zu ernten, die es in der Akkretionsscheibe erzeugt. So wie ich es verstehe, sollte dies der effizienteste Weg sein, Energie aus Materie zu erzeugen, wenn ich nichts übersehen habe.

Once there is no energy gradiant left to exploit entropys final order will purge the universe of all life. Only stored data will remain in skeletally stripped down storage facilities.Nicht wirklich, maximale Entropie bedeutet, dass es nirgendwo einen dauerhaften Gradienten gibt , sodass Ihre Daten mit dem Rest verschwunden sind
Die effizienteste Energieerzeugung, die ich kenne, ist die Materie-Antimaterie-Vernichtung. Aber das beantwortet natürlich nicht deine Frage.
@nzaman Guter Punkt, obwohl es eine Verzögerung zwischen dem Ende des gesamten funktionalen Lebens und der endgültigen Ordnung geben wird, da die letzten Wesen sich nicht in Energie verwandeln können, ohne vorher zu funktionieren. Ich habe den Satz entfernt, um Verwirrung zu vermeiden. Danke für Ihre Rückmeldung.
@Mołot Während eine Materie-Antimaterie-Vernichtung einem den meisten Knall pro Gewichtseinheit gibt, ist sie immer noch eine schrecklich ineffiziente Methode zur Energieerzeugung, da Antimaterie keine natürliche Ressource ist. Daher muss es in einem sehr ineffizienten Prozess hergestellt werden, was bedeutet, dass es die beste Art ist, Energie zu speichern, aber genauso viel wie eine Batterie zu erzeugen. www.projectrho.com/public_html/rocket/antimatterfuel.php
@TheDyingOfLight "Also muss es in einem sehr ineffizienten Prozess hergestellt werden" - heute. Denken Sie daran, dass die Spitze des Washington Monument aus Aluminium bestand, weil die Aluminiumproduktion so ineffizient war, dass sie hier mehr wert war als Gold. Jetzt ist es billig genug, um Dosen daraus zu machen. Sie sprechen vom Hitzetod des Zeitrahmens des Universums - die heutige Effizienz hat nichts mit der Zeit zu tun, über die Sie schreiben.
@Mołot Antimaterie ist eine sehr beliebte und weit verbreitete Technologie in meiner Umgebung. Aber egal wie effizient die Produktion von Antimaterie wird, der zweite Hauptsatz der Thermodynamik macht es unmöglich, dass es besser ist, die Energie direkt zu nutzen.
Weit entfernt von dem Etikett „Hard-Science“, sehen Sie sich bitte Dr. Isaac Asimovs hervorragende Kurzgeschichte mit dem Titel „Die letzte Frage“ an, die eine ultraferne Zukunft beschreibt, in der Entropiemanagement alles ist. Der Geist Ihrer Frage liegt in seinen Worten.
Wer auf der Suche nach der ultimativen Möglichkeit ist, Masse in Energie umzuwandeln, sollte sich den „Kugelblitz“ anschauen. Dies ist ein theoretisches Schwarzes Loch, das durch Fokussieren von Strahlung anstelle von Masse entsteht. Es würde dann alles, was Sie hineinwerfen, effizient in Strahlung umwandeln, die Sie anschließend zur Energiegewinnung sammeln können.
Der effizienteste Weg, die Energie von Eisen zu nutzen, besteht darin, sie Schwarzen Löchern zuzuführen und die Energie aus der Falkenstrahlung zurückzugewinnen , wenn sie verdampfen. Wenn Sie diese Energie schneller zurückgewinnen möchten, verwenden Sie kleinere Schwarze Löcher. Theoretisch kann es bei ausreichend winzigen nahezu augenblicklich sein.
@Eth Ich erwähne das im Satz vor der fettgedruckten Frage. Es ist jedoch effizienter, dies auf eine Weise zu tun, die auch die Sammlung von Reibungsenergie ermöglicht.

Antworten (1)

CNO-Zyklus : 4H → Er

4 Protonen (dh Wasserstoffkerne) verbinden sich zu einem Heliummolekül und setzen dabei 26,7 MeV Energie frei. Dies ist das Nettoergebnis eines der verschiedenen Fusionswege von Wasserstoff zu Helium.

Verdreifachen- a Prozess : 3He → C

Drei Heliummoleküle verbinden sich zu einem Kohlenstoffmolekül und setzen dabei 7,4 MeV Energie frei. Da drei CNO-Reaktoren (und 12 Protonen) benötigt werden, um ein Kohlenstoffmolekül herzustellen, haben wir jetzt einen Nettogewinn von 87,5 MeV.

a Prozess : C + 11He → Fe

Siehe den Link, dies ist eine lange Kette von Reaktionen, bei denen jeweils nacheinander ein Helium hinzugefügt wird, um zu einem größeren Element zu gelangen, bis wir zu Fe-52 gelangen. Die von dieser Kette freigesetzte Gesamtenergie beträgt 80,6 MeV. Unter Berücksichtigung der 87,5 MeV zur Bildung des anfänglichen Kohlenstoffs und 11 × 26,7 MeV, um das gesamte Helium zu bilden, der Nettoenergiegewinn aus der Fusion beträgt 462 MeV, geteilt durch 52 anfängliche Protonen.

Nun, Fe-52 ist nicht das stabilste Element, und Sie könnten theoretisch mehr Energie erhalten, indem Sie zu Fe-56 oder Ni-62 oder so etwas reagieren. Aber bis zu diesem Punkt war ich nicht in der Lage, einen klaren Weg für die Fusion zu finden. In der realen Welt ist die Entstehung dieser Elemente das Ergebnis eines Gleichgewichts zwischen verschiedenen Fusionsreaktionen und Photozerfall und dergleichen. Ich denke, diese Energieschätzung ist für Ihre Zwecke am besten geeignet.

Durch Akkretion freigesetzte Energie

Das ist viel schwieriger abzuschätzen, weil es hier viele Faktoren gibt und es stark von der Größe Ihres Schwarzen Lochs und der Form der Akkretionsscheibe abhängt. Die Überarbeitung einer Schätzung der Leuchtkraft basierend auf der Massentransferrate in ein Schwarzes Loch ergibt jedoch :

E = μ M R ,
Wo μ ist der Standard-Gravitationsparameter für das Schwarze Loch, M ist die Masse des Objekts, das hineinfällt, und R ist der Radius der Akkretionsscheibe.

Nehmen wir als Beispiel das Schwarze Loch im Zentrum unserer Galaxie . Ich rechne μ sich handeln 5.7 × 10 26 Und R um 7.5 × 10 12 Meter (~ 50 AE). Daher erzeugt jede AMU etwa 0,8 MeV, wenn sie in die Akkretionsscheibe fällt. Betrachten Sie dies als eine ziemlich grobe Schätzung. Das Problem hierbei ist, dass ein Großteil dieser kinetischen Energie entweder a. durch das fallende Teilchen in den Ereignishorizont getragen oder b. von der Akkretionsscheibe in den Ereignishorizont abgestrahlt. In jedem Fall ist ein Großteil der freigesetzten Energie unbrauchbar.

Abschluss

Sie erhalten etwa 9 MeV aus der Fusion pro AMU von Protonen, die Sie in diesen Prozess werfen, und weniger als 0,8 MeV aus der Akkretion pro AMU von Protonen. Wenn wir in J und kg umrechnen, erhalten wir 870 TJ pro kg aus der Fusion und weniger als 77 TJ pro kg aus der Akkretion. Sie sehen also etwas im Bereich von 900 TJ pro kg Wasserstoff .

Wie viel Energie kann ich mit diesem Verfahren pro kg Wasserstoff erzeugen?
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