Wie würden Menschen Fahrzeuge auf einem Planeten ohne fossile Brennstoffe (wie dem Mars) antreiben?

Ich interessiere mich für realistische und praktische Kraftstoff- oder Energiequellen für Fahrzeuge (insbesondere Militärfahrzeuge), bei denen keine fossilen Brennstoffe verfügbar sind. Der Schauplatz liegt 400 Jahre in der Zukunft. Das einzige, was von Hand winkt, sind FTL-Reisen zu nahe gelegenen Sternensystemen, um sie zu erkunden und zu kolonisieren. Die meisten der entdeckten Planeten sind leblose Felsen ohne flüssiges Wasser, sodass sie keine außerirdischen Kohlefelder oder außerirdischen Ölfelder zum Ausbeuten haben.

Meine Frage ähnelt dieser, aber ich interessiere mich für mehr als Kampfpanzer.

Die Arten von Orten in der Einstellung sind:

  • Mars. Besiedelt vor 350 Jahren. Terraforming hat begonnen, aber in 350 Jahren kommt man nicht weit, daher sind die meisten Siedlungen Kuppelstädte, paraterraformierte Schluchtabschnitte oder in Felsen eingegraben.
  • Exoplanet X. Venusgröße, aber ohne den außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekt. Kein flüssiges Wasser, weil es sich außerhalb der Goldilocks-Zone befindet – eine Umlaufbahn, die etwas weiter außerhalb liegt als die des Mars. Kein Terraforming auch nur versucht.
  • Erde. Alle fossilen Brennstoffquellen, die es wert sind, ausgebeutet zu werden, wurden gefunden, extrahiert und verbraucht. Im Vergleich zu anderen weniger gastfreundlichen Planeten können Erdbewohner jedoch riesige Landstriche mit Palmölplantagen für Biodiesel, Zuckerrohr für Ethanol usw. bepflanzen. Und sie haben immer noch viel spaltbares und fusionierbares (ist das ein Wort?) Material.

Jeder Planet kann Fässer voller Mikroben haben, die interessante Kohlenwasserstoffe produzieren – wenn das genetisch und biochemisch machbar ist?

Ignorieren Sie die Stromerzeugung, es sei denn, sie bezieht sich auf den Transport (z. B. das Laden von Batterien oder elektrischen Zügen). Nehmen Sie einfach an, dass es für den täglichen Strombedarf sowohl Spalt- als auch Fusionsreaktoren überall gibt und grüne Energiequellen auf Planeten, die die entsprechenden Zutaten haben (wie Ozeane und Mond für Gezeitenkraft auf der Erde). Aber in einer Kriegssituation können Stromleitungen ausfallen … der Feind kann die Kraftwerke halten und Ihrem Teil des nationalen Stromnetzes jeglichen Strom verweigern … oder Sie müssen möglicherweise einen leeren Bereich des Planeten überqueren, der nicht am Netz war, um zu beginnen mit…

Die Fahrzeugtypen, für die der Strombedarf berücksichtigt werden muss, sind:

  • Alle militärischen Fahrzeuge auf Planeten, von Infanterie-Kampffahrzeugen über Artillerie bis hin zu Flugzeugen.
  • Und nicht gerade Fahrzeuge, sondern auch selbstfahrende Waffen, die also ihre eigene Energie benötigen, zB Raketen.
  • Ziviler Stadt-zu-Stadt-Transport – per Straße, Schiene, Flugzeug oder Schiff.
  • Boden-Orbit-Transport (Militär und Zivil)

Welche Brennstoffe oder Energiequellen sind machbar und praktikabel? Vor allem für das Militär.

"Alle fossilen Brennstoffquellen, die es wert sind, ausgebeutet zu werden, wurden gefunden, extrahiert und verbraucht." An diesem Punkt würde ich vorschlagen, von der Erde zu fliehen, wenn es eine vernünftige Alternative gibt. Dies würde zu einem absolut verheerenden Klimawandel führen. Es ist auch eher unwahrscheinlich, dass dies geschieht, es sei denn, Trump kann sich asexuell in die Präsidentschaften anderer Länder reproduzieren.
@Feyre Sie hatten 4 Jahrhunderte Zeit, um es zu verbrauchen, und 4 Jahrhunderte, um effiziente Technologien zur Kohlenstoffabscheidung zu finden, um die Emissionen zu bewältigen. Außerdem war die Erde so warm, dass sie seit langer geologischer Geschichte keine Eiskappen mehr hatte. Eisbären werden aussterben und Küstenstädte werden ertrinken, aber es ist keine Katastrophe, bei der man den Planeten verlässt. Wenn sie den Mars terraformen können, können sie die Erde zurück auf die "Werkseinstellungen" terraformen.
Wenn eine Sonne in Reichweite ist, dann Solar. Wenn Fission/Fusion so verbreitet ist, gibt es keinen Grund, nicht jede kleinere Region ihre eigene zu haben. Sicherlich, zivile Stadt zu Stadt sind Elektroautos und höher. Viele, aber nicht alle konnten auf Strombetrieb umgestellt werden,
Die Kohlenstoffabscheidung gibt Ihnen die „fossilen“ Brennstoffe zurück (es sei denn, Sie sprechen von den primitivsten „die Kohlenoxide/Karbonate tief in den Untergrund zurückbringen“). Tatsächlich gibt es keinen Grund, warum wir nicht das gesamte produzierte Kohlendioxid abfangen könnten mit ein wenig Sonnenenergie wieder in nützlichen Brennstoff umzuwandeln - eigentlich sind Holz und andere Biobrennstoffe nur ein sehr umständlicher Weg, genau das zu tun. Es ist nicht so, dass die Rohstoffe verschwinden - das einzige, was verloren geht, ist Energie, und wir bekommen Tonnen davon von der Sonne.
@Luaan "Ein bisschen Solarenergie"?!? Fossile Energie wurde über eine halbe Milliarde Jahre von der Sonne gesammelt und reichte nur für sagen wir 200-300 Jahre, also ... viel Glück damit. Vergessen Sie billige Joules, die Ihnen billige Traktoren für die Biokraftstoffe oder billige Fabriken für Photovoltaik oder billige Windturbinen geben. Die Joules werden wahnsinnig teuer und alles andere wird wahnsinnig teuer.
@kubanczyk Nein, fossile Brennstoffe sind ein winziger Bruchteil der Sonnenenergie, die in den letzten halben Milliarden Jahren gesammelt wurde. Vergessen Sie nicht, wie spezielle Bedingungen Sie brauchten, um Kohle und Öl zu gewinnen – der größte Teil der eingefangenen Sonnenenergie wurde nur als Wärme verschwendet (hauptsächlich in Lebewesen), und das, bevor berücksichtigt wird, wie ineffizient diese Vorläuferanlagen überhaupt waren. Auf planetarischer Ebene wird es kaum registriert – wir müssen nur viel reicher werden, um es richtig auszunutzen. Natürlich erschöpfen wir diese Ressource dann einfach, denn so funktioniert Evolution :)
@Luaan Hast du "Photovoltaik EROEI" nachgeschlagen? Muss verbessert werden. Vergleichen Sie nukleare EROEI mit Kohle, und Sie werden hoffentlich sehen, wie Energie irgendwann teurer wird. Mehr billige Kohle ist frühestens in einer halben Milliarde Jahren zu erwarten. In der Zwischenzeit müssen wir das Beste aus dem machen, was wir haben.
@kubanczyk Ich habe nie über Photovoltaik gesprochen, geschweige denn über unsere aktuellen Technologien. Wir sprechen von einer Kultur, die ohne fossile Brennstoffe einen Vorsprung von ~400 Jahren hat - da das OP davon ausgeht, dass sie genauso zivilisiert waren wie wir (und mehr), ist es ziemlich sicher zu erwarten, dass ihre EROEI ziemlich anders sind . Atomkraft ist im Vergleich zu Kohle immer noch ziemlich schlecht, aber zumindest ohne Subventionen wettbewerbsfähig, im Gegensatz zu den meisten Solar- und Windanlagen. Fossile Brennstoffe sind ein toller Kickstarter, ohne sie wären wir kaum dort, wo wir sind.
Schauen Sie sich Elon Musks Pläne für den Mars an, wenn Sie eine ernsthafte Antwort mit einem gewissen Bezug zur Realität wünschen. Die Antwort ist im Grunde Solar, Solar, Solar. Weil es wirklich nichts anderes gibt. Dieser Solarstrom kann in Batterien gespeichert oder zur Herstellung eines Kraftstoffs wie Wasserstoff verwendet oder direkt in die Fahrzeuge eingespeist werden, aber unabhängig von der Methode wird die ultimative Quelle Solarstrom sein.

Antworten (7)

Unterschiedliche Stromquellen für unterschiedliche Zwecke.

  • Biokraftstoff , einschließlich Alkohol und Öle.
  • Wasserstoff, der mit einer elektrischen Energiequelle aus Wasser gespalten wird .
  • Batterien, die wieder von einer elektrischen Stromquelle aufgeladen werden.
  • Elektrischer Kontaktstrom, wie Züge mit Oberleitungsstrom, und auch Induktionsstrom für Magnetschwebebahnen.

Kampffahrzeuge können mit Biokraftstoff betrieben werden, er ist relativ einfach zu handhaben und zu lagern. Stellen Sie sich große Tanks mit dem Zeug vor, möglicherweise unterirdisch.

Zivile Fahrzeuge könnten auf Wasserstoff setzen. Auch hier wird es Tanklager geben, um saisonale Nachfrageschwankungen auszugleichen, aber diese könnten anfällig sein.

Für Flugkörper und Artillerietreibstoff wären es hochraffinierte Treibstoffe, möglicherweise auf Basis von Biotreibstoff. Geringe Beträge in absoluten Zahlen, damit sie gespeichert werden können.

Der Übergang von der Oberfläche in die Umlaufbahn wird schwierig sein, und die Qualität Ihrer Motoren und Treibstoffe wird die Einstellung stark beeinflussen. Wenn es sich um Wasserstoff/Sauerstoff oder raffinierten Biokraftstoff/Sauerstoff handelt, haben Sie riesige Raumhäfen, um ein paar Tonnen in die Umlaufbahn zu bringen.

Biokraftstoff ist extrem ineffizient. Pflanzen wandeln etwa 1 % der Lichtenergie in Biomasse um.
@Karl, Biosprit könnte einfacher zu handhaben sein als Wasserstoff. Und das Militär braucht im Vergleich zur zivilen Wirtschaft nicht viel.
@Karl: Aber wenn Sie ein bewohnbares haben (möglicherweise terraformiert, damit es keine Lagerstätten fossiler Brennstoffe gibt), haben Sie viel und viel Biomasse, die für eigene Zwecke vorhanden ist. Die Effizienz spielt keine Rolle, wenn Sie einen winzigen Bruchteil davon als Kraftstoff verwenden.
@ Karl, es sind tatsächlich 3-5% und eine gentechnisch veränderte Ernte könnte es noch höher treiben. Biokraftstoffe sind im Vergleich zu allen anderen Optionen auch äußerst effizient, und das nicht nur, weil Lichtenergie kostenlos ist.
"Batterien" wären wahrscheinlich in jeder Situation an jedem Fahrzeug vorhanden. Irgendwie muss Energie gespeichert werden, ob Batterien, Öl etc. Die Frage ist weniger „Gäbe es Batterien“ als vielmehr „Womit würden sie die Batterien aufladen“
Das Cracken von Wasserstoff aus Wasser ist auf Welten mit Wasser realisierbar; Dies gilt nur für einen der Fälle, die OP angibt, daher ist es möglicherweise keine effektive Methode
@Zxyrra, man könnte das Wasser in einer Brennstoffzelle mit geschlossenem Kreislauf zurückgewinnen und es erneut durch Elektrolyse führen.
@ John Fünf Prozent sind eine glatte Lüge, und nur sehr wenige Pflanzen können 2 % erreichen. Oder haben Sie eine zuverlässige Quelle, die etwas anderes sagt? en.wikipedia.org/wiki/Photosynthetic_efficiency (Ich weiß nicht, was sie sich in diesem Artikel mit dem Zuckerrohr ausgedacht haben. Die für diese Zahl angegebenen Referenzen sind von sehr schlechter Qualität. Die bloße Vorstellung, dass es viermal besser ist als andere Pflanzen ist lächerlich.)
@om Sie würden also Wasserstoff aus Wasser filtern, ihn als Kraftstoff verbrennen und dann immer noch die gleiche Menge Wasser zum Recyceln übrig haben? Doch Energie würde nicht gespart, sondern erzeugt? Dies scheint unmöglich en.wikipedia.org/wiki/Conservation_of_energy
@Zxyrra Natürlich würden Sie. Sie verlieren nur die Bindungsenergie - deshalb braucht der Prozess einen Energieeintrag. Die Verwendung von Wasserstoff dient hier der Energiespeicherung, nicht als Energieträger . Es ist nur so, dass es selbst mit modernen Technologien ein ziemlich anständiges Energiespeichersystem ist. Der Punkt ist, dass die Brennstoffzelle im Grunde eine Batterie ist und solche Wasserstoffzellen mit geschlossenem Kreislauf bereits existieren. Sie sind nicht magisch. Ihr „Kracken von Wasserstoff aus Wasser“ hat genau das gleiche Problem – selbst bei 100 % Wirkungsgrad gewinnen Sie genau so viel Energie aus der Oxidation, wie Sie durch Lyse verlieren.
@Zxyrra Es gibt kein "Filtern" von Wasserstoff aus Wasser. Sie müssen es knacken , was Energie erfordert, da Wasser das Ergebnis der Verbrennung ist.

Sauerstoffbrennstoffe

Benötigen Sauerstoff (in der Atmosphäre oder gespeichert) zum Verbrennen.

Wasserstoff

Wasserstoff ist einfach herzustellen – einfach Crackwasser, aber es hat eine geringe Dichte und benötigt schwere und teure Speichertanks. Hohe Effizienz bei Verwendung als Raketentreibstoff.

Methan

Die Sabatier-Reaktion (CO2 + 4 H2 → CH4 + 2 H2O + Energie) kann verwendet werden, um Methan aus Wasserstoff und Kohlendioxid (aus der Atmosphäre) zu erzeugen, wodurch Methan und Wasser produziert werden (das in Wasserstoff gecrackt und wiederverwendet werden kann). Kann auf dem Mars als Brennstoff verwendet werden (95,9 % der Marsatmosphäre besteht aus Kohlendioxid). Benötigt immer noch unter Druck stehende/kryogene Tanks, wenn auch weniger als Wasserstoff.

Flüssige Kohlenwasserstoffe

Die Reverse-Water-Gas-Shift-Reaktion (CO2 + H2 → CO + H2O) gefolgt vom Fischer-Tropsch-Prozess ((2n + 1) H2 + n CO → C(n) H(2n+2) + n H2O) kann verwendet werden, um flüssige Kohlenwasserstoffe zu synthetisieren. Wasser kann wieder zu Wasserstoff recycelt werden.

Batterien

Lithium-Luft

Lithium-Luft-Batterien haben die höchstmögliche spezifische Energie von bis zu 12 kwh pro Kilogramm (nahezu Benzin mit 13 kwh/kg) und sind wiederaufladbar. Sie benötigen jedoch Luft, um zu funktionieren, obwohl sie gespeichert werden kann.

Strahlbetriebener Antrieb

Strahlungsleistung (entweder unter Verwendung von Lasern oder Mikrowellen) könnte für Raumfahrzeuge in der Umlaufbahn verwendet werden. Der Vorteil ist, dass das Fahrzeug keine eigene Stromquelle mitführen muss. Es ist jedoch durch die Notwendigkeit einer Sichtverbindung mit dem Sender begrenzt. Wahrscheinlich kann alles, was groß genug ist, um einen Strahlempfänger zu tragen, einen Spalt- oder Fusionsreaktor tragen.

Leichtes Handwerk

Ein Laserstrahl wird von einem Parabolreflektor auf dem Raumfahrzeug reflektiert und auf einen kleinen Bereich fokussiert, wodurch sich die Luft mit jedem Impuls plötzlich ausdehnt und das Raumschiff antreibt. Könnte für den Start von der Oberfläche in die Umlaufbahn oder für große Zivilflugzeuge in Reichweite einer Laserinstallation verwendet werden.

Laser-Thermalrakete

Ein Laserstrahl wird auf Treibmittel fokussiert und erhitzt es, das Treibmittel wäre wahrscheinlich Wasserstoff. Würde wahrscheinlich mit Lightcraft-Antrieb kombiniert werden.

Elektrische Mikrowellenübertragung

Die Übertragung von Elektrizität unter Verwendung von Mikrowellen könnte zum Antreiben großer Schiffe von einem Orbitalsender oder zur drahtlosen Übertragung elektrischer Energie von kleinen Fahrzeugen mit einer Rectenna verwendet werden.

In Summe

Für kleine Fahrzeuge (Drohnen usw.) würden Batterien oder elektrische Mikrowellenübertragung verwendet. Für große Schiffe entweder Strahlkraft oder interne Kernspaltungs-/Fusionsreaktoren. Die Überbrückung der Lücke wären flüssige Kohlenwasserstoffe (oder vielleicht Methan) mit gespeicherten Oxidationsmitteln (möglicherweise unter Verwendung einer Brennstoffzelle). Und Batterien mit hoher Energiedichte oder Wasserstoff für zivile Fahrzeuge (da es wahrscheinlich effizienter wäre, eine Batterie aufzuladen oder Wasserstoff zu cracken, als Kohlenwasserstoffe zu synthetisieren).

Guter Anruf bei den Sauerstoffbrennstoffen, die Sauerstoff benötigen. Das hatte ich ganz vergessen zu berücksichtigen. D'oh!

In einer Welt mit FTL ... Kampfpanzer verwenden natürlich Atomkraft (Fusion / Spaltung) oder Superbatterien für umweltbewusste Staaten. Die besten Akkus haben heute eine Energiedichte von etwa 0,8 MJ/kg, verglichen mit 48 MJ/kg (60-mal höher) für Dieselkraftstoff oder 24 MJ/kg (30-mal höher) für gewöhnliche Kohle; Bis wir einen FTL-Motor erfinden, können Batterien durchaus Energiedichten erreichen, die mit fossilen Brennstoffen vergleichbar sind. Vor 30 Jahren hatten die besten wiederaufladbaren Batterien Energiedichten um 0,2 MJ/kg.

Wahrscheinlich haben Sie viel CO2 in Ihrer Atmosphäre, aber es fehlen Materialien, die in Wasserstoff umgewandelt werden können. Ist dies der Fall, kann mit Strom CO2 in C und O getrennt werden . In Gegenwart von Sauerstoff kann reiner Kohlenstoff als Brennstoff verwendet werden. Dies könnte ineffizient sein, kann aber ohne die Notwendigkeit von Organismen durchgeführt werden. Wahrscheinlich wird die Notwendigkeit Wissenschaftler und Ingenieure mit der Zeit interessieren, Konverter mit besserer Umwandlungseffizienz zu bauen. Es brennt immer noch nicht so gut wie Erdölprodukte.

für kleine Fahrzeuge und Raketen sind Biokraftstoffe, einschließlich Methan, sehr machbar, es gibt einen Pilz, der Diesel herstellt, eine technische Form davon könnte dies leicht tun. Ein Bakterienbottich zur Umwandlung von Abfall in Brennstoff ist möglich. Besser noch, Sie können Ihre Produktion anpassen, anstatt eine Fraktionierung zu verwenden. Auf dem Mars ist die Sabatier-Reaktion das, was Sie wollen.

für Züge, Verkehrsinfrastruktur, Kernenergie und Solarenergie sind solide Optionen.

wie für orbitale Transportraumaufzüge oder den Start von Railguns wird der Bedarf an Treibstoff drastisch reduziert, da sie das Stromnetz nutzen können.

Nur wenige Fahrzeuge werden auf mehr als einem Planeten gut funktionieren, nur aufgrund der atmosphärischen und Temperaturunterschiede.

Gefrorenes Methan

Sie können es aus den Ozeanen der Erde abbauen (in Form von Methan-Clathrat) und zum Mars transportieren usw. Oder Sie können einfach gefrorenes / geschmolzenes Methan aus den äußeren Bereichen unseres Sonnensystems (oder anderer Sonnensysteme jenseits der Gefrierlinie) sammeln. .

Es ist auch sehr wahrscheinlich, dass wir 500 Jahre in der Zukunft ein Verfahren zur Herstellung von Methan aus einer endothermen Reaktion zwischen Kohlenstoff und Wasserstoff entwickelt hätten. Die Reaktion kann mit der derzeitigen Technologie ziemlich langsam durchgeführt werden. Mit der Zeit würde es immer einfacher werden, den Prozess zu beschleunigen.

In diesem Fall würden Sie riesige Fabriken haben, die mit Atomkraft betrieben werden und Methan produzieren und einfrieren, das dann an ihren gekühlten Verkaufsstellen verkauft wird, wo Brocken direkt in den Kraftstofftank der Fahrzeuge eingeführt würden, wo Teile davon nach und nach sublimiert würden gasförmig und als Brennstoff verbrannt.

Gefrorenes Acetylen

Acetylen ( C 2 H 2 ) hat eine noch höhere Energieausbeute als Methan. Acetylen einzufrieren und dann anstelle von Methan zu verwenden, wäre eine noch bessere und energieeffizientere Wahl. Die Produktion großer Mengen Acetylen ist jedoch schwierig, wenn nicht erschöpfbare Vorräte (wie Calciumcarbid) verwendet werden.

Um fair zu sein, Methanclathrate sind ein fossiler Brennstoff. Es ist nur eines, das wir noch nicht verwenden, da Öl und Kohle viel billiger sind. Vermutlich hätte die „Welt ohne fossile Brennstoffe“ des OP keine nennenswerten Reserven an Methanclathraten. Aber ja, solche Dinge als Energiespeicher und nicht als Anergiequelle zu verwenden, wäre sehr sinnvoll.
Methanclathrat ist kein fossiler Brennstoff, da es nicht aus den Fossilien von Tieren hergestellt wird. Stattdessen wird es von benthischen Meereslebewesen freigesetzt.
Nun, das ist keine Definition von fossilen Brennstoffen, die ich jemals zuvor gehört habe (und ich nehme an, Sie schließen Fossilien von Pflanzen und Mikroorganismen ein) :) Wikipedia listet sogar Methan-Clathrate ausdrücklich als fossile Brennstoffe auf, ebenso wie viele andere Studien und Artikel. Beides ist nur Sonnenenergie, die von Pflanzen und Tieren über geologisch bedeutsame Zeiten gespeichert wurde. Einige schließen sogar Kernbrennstoffe in fossile Brennstoffe ein (da sie nicht erneuerbar sind) - es ist nicht so, dass Definitionen wie diese nicht ständig erweitert werden. Aber ich bin nicht hier, um über Definitionen zu streiten - das OP muss sagen, ob Methanclathrate verfügbar sind oder nicht.

Wenn Sie das Energiebudget haben, um FTL durchzuführen, dann haben Sie auch das Energiebudget, um Atome (z. B. aus Gestein) zu knacken und in andere nützliche Atome wie Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff umzuwandeln. Verschmelzen Sie die C & H und schwupps: Kohlenwasserstoffe!

Das können wir heute schon. Das Problem ist, woher Sie die Energie dafür bekommen – es ist nicht so, dass Sie Kohlendioxid und Wasser in Kohlenwasserstoffe und wieder in Kohlendioxid und Wasser umwandeln können, während Sie gleichzeitig Arbeit aus dem Prozess extrahieren. Energie sparen und so.
@RonJohn Danke. Ich bin mir nicht sicher, wie Sie ein Energiebudget für FTL erstellen, da es nicht existiert. Der Sprung in den Hyperraum oder das Öffnen eines Wurmlochs oder was auch immer kann sich als billig herausstellen. (Der Bau des Raumschiffs wird immer noch teuer sein!) Also denke ich, dass Ihre Lösung ein bisschen Hightech für das ist, wonach ich suche. Ich habe jedoch immer die Idee gemocht, 3 Eisenatome und 1 Wasserstoff zusammenzuschlagen, um ein Goldatom zu erzeugen! :-)
@DrBob nonono, lass es billig sein FTL, aber der Bau von Schiffen wird auch billig sein. Weil ich es einfach sage und sehe, wie ich es umsetze. Einer von ihnen versklavt eine andere Galaxie, damit sie diese FTL-Schiffe produzieren kann. Versteh mich nicht falsch, das ist nicht nur eine Art, die ich sehe, und für meinen Geschmack am wenigsten interessant.
Wie würden Menschen Fahrzeuge auf einem Planeten ohne fossile Brennstoffe (wie dem Mars) antreiben?
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