Paras vastaus
SpaceX-raketeissa käytetään kolmea erilaista polttoainetta.
- Alkuperäinen Falcon-1 , Falcon-9 ja Falcon-Heavy kaikki käyttävät ” Merlin ” -moottoreita.
- Merlin käyttää jäähdytettyä RP-1 (joka tarkoittaa Rakettiponneaine 1: lle ja on pohjimmiltaan kerosiinia) hapettimena nestemäistä happea (LOX).
- Erilaiset lohikäärmekapselit “ Draco ” ja „ SuperDraco ” moottorit.
- Dracon Käytä ”hypergolista” polttoainetta, mikä tarkoittaa, että sekoitat kaksi kemikaalia ja ne palavat itsestään – ilman minkäänlaista sytytyslähdettä. Molemmat raketit käyttävät monometyylihydratsiinia ja typpitetroksidia . Kun ne syttyvät, pakokaasu on hyvin tyypillinen kirkkaan oranssi.
- StarShip ja SuperHeavy käyttää “Raptor” -moottoreita.
- Raptor käyttää nestemäistä metaania (LCH4) polttoaineena nestemäisen hapen kanssa ( LOX) hapettimena (tätä kutsutaan joskus ”Methaloxiksi”).
MIKSI VALITSE METAANILLE?
Siirtyminen RP-1: stä metaaniin tapahtuu, koska SpaceX haluaa lentää StarShipin Marsiin – ja jos he tekevät niin, aluksella ei ole tarpeeksi tilaa varastoida tarpeeksi polttoainetta palaamaan takaisin kotiin.
Metaanissa on hienoa, että se voidaan valmistaa hiilidioksidista ja vedystä – sekä hyvä sähkönsyöttö. Marsin ilmakehä on melkein kaikki hiilidioksidia, ja vetyä voidaan saada veden elektrolyysillä – jota on melko paljon kuin jäätä Marsin pinnan alla. Aurinkoenergialla, joka tuottaa sähköä, he voivat tehdä metaania ja happea siellä Marsissa.
Suunnitelma on lähettää drone-alus, jossa on metaloksirakettipolttoainetehdas. Jos he lähettävät sen pari vuotta ennen ensimmäisiä ihmisiä – sen pitäisi pystyä tuottamaan riittävästi polttoainetta ensimmäiselle miehitetylle tehtävälle tankkaamaan ja palaamaan kotiin.
Vastaa
säästää paljon hämmennystä, puhun vedystä.
Vety on polttoainetta.
Vesi sisältää vetyä, mutta sitoutuneena happeen.
Jos vetyä voidaan vapauttaa vedestä (prosessilla, joka tunnetaan nimellä dissosiaatio ), voit käyttää sitä polttoaineena. Itse asiassa sinun on tehtävä vesi johtavaksi tekemällä siitä elektrolyytti; melko yksinkertainen ja halpa prosessi.
Et edes tarvitse happea vedestä; tarpeeksi happea on vapaasti saatavilla ilmakehässä.
Vedyn lupauksessa on kaksi keskeistä ominaisuutta.
Ensinnäkin sen varastot ovat käytännössä rajattomat. Koska se on ensisijainen Veden polttaminen ei aiheuta haittaa ympäristölle. Se palauttaa kaasun yksinkertaisesti veden muotoon, mikä on veden taloudellinen menetelmä, taloudellinen menetelmä sen uuttamiseksi. .
Vety on myös ainutlaatuinen joustava väline energian varastointiin ja jakeluun. Se muuttuu helposti sähköksi polttokennon avulla, ja sähkö voidaan muuttaa takaisin vedeksi elektrolyysimällä vettä.
Lähetettynä samanlaisiin putkistoihin kuin maakaasuun, se voi kuljettaa energiaa suurista, etäkäyttöisistä voimalaitoksista yksittäisiin koteihin ja tehtaisiin kuten sähkö nyt – mutta paljon tehokkaammin.
Ja päinvastoin kuin sähkö, vetyä voidaan pitää säiliöissä ajoneuvojen polttoaineena tai virran varastoimiseksi p kysyntä.
Peter Hoffmanin, vetykirje : n toimittajan ja kustantajan sanoin: ”Vety on polttoaine lopussa linja, kun kaikki muu on ehtynyt, todettu toimimattomaksi tai ympäristölle haitalliseksi. ”
Useimmille ihmisille sana vety herättää heti Hindenburgin haavan. ohjattavissa, räjähtävä New Jerseyn maaseudulla.
▲ Malli LZ-129 Hindenburg palaa Lakehurstissa New Jerseyssä
Objektiivisempi analyysi paljastaa kuitenkin, että vety ei ole vaarallisempi kuin muut polttoaineina käytettävät syttyvät materiaalit, ja sillä on jopa joitain merkittäviä turvallisuusetuja.
Ironista kyllä, kyseessä on itse Hindenburg -tapaus.
Vaikka se räjähti satoja jalan korkeudella maasta 62 lentokoneen 97 matkustajaa selviytyi osittain siksi, että lightwei ght-kaasu nousi veneestä pois palamisen aikana ja kului suhteellisen lyhyessä räjähdyksessä.
Kerosiini-suihkepolttoaine olisi tarttunut romuihin ja palanut raivokkaasti pitkään ja todennäköisesti tappanut kaikki lähellä olevat.
Silti Hindenburg on edelleen todellinen este vedyn hyväksymiselle suuren yleisön keskuudessa.
käytännön näkökulmasta todelliset ongelmat liittyvät kuitenkin tekniikkaan ja talouteen.
Tärkeässä uudessa kehityksessä veden elektrolyysissä ohut muovimainen levy on itse asiassa elektrolyytti, kiinteä aine. polymeerimateriaali, joka on paljon parempi ionijohdin kuin nestemäinen kaliumhydroksidielektrolyytti, jota käytetään veden kanssa tavanomaisessa elektrolyysissä.
Tulos? Enemmän vetyä samalla käytetyllä sähköenergialla.
Se on vain yksi vedyntuotannon edistysaskeleista.
Muita ovat:
• Elektrolyysijärjestelmä, joka jakaa veden, kun aurinko paistaa elektrodeilleen. .
• Ele ctrolyysimenetelmä, joka käyttää hiiltä jauhetta ja vaatii vain puolet tavanomaisessa elektrolyysissä tarvittavasta sähköstä. • Biologiset organismit ja materiaalit, jotka pilkkovat vettä altistuessaan auringonvalolle.
• Lämpökemialliset syklit, jotka aiheuttavat veden jakautumisen voimakkaassa lämmössä.
Miksi kaikki intensiiviset vedyntuotantotutkimukset?
Kaksi syytä.
Ensinnäkin vetyä käytetään teollisuudessa laajalti kemiallisena raaka-aineena monissa valmistusprosesseissa. Suurin osa vedystä on nykyään peräisin maakaasusta ja öljystä, joita on suhteellisen vähän.
Kaksi, kun siitä lyhyestä varastosta ei tule tarvetta, tarvitsemme muita vety- ja muita polttoainelähteitä.
Onneksi luonnon turvallinen sisältää käytännössä ehtymätöntä vetyä. Meidän on vain löydettävä yhdistelmä sen avaamiseksi.
75 prosenttia maan pinnasta on vedellä.
Jokaisessa vesimolekyylissä on kaksi vetyatomia ja yksi hapesta.
Jos voimme oppia taloudellisesti poistamaan veteen jääneen vedyn, polttoainehuolemme ovat ohi.
Vety on parempi polttoaine kuin bensiini.
Saastuttamaton, se muuttuu takaisin vedeksi palamisen yhteydessä.
Se pakkaa enemmän energiaa kiloa kohden kuin mikään polttoaine – esimerkiksi 19 000 BTu potentiaalista lämpöenergiaa kilolle bensiiniä, 61 000 polttoainetta punta nestemäistä vetyä.
Suurin yksittäinen ongelma, joka seisoo vetytalouden tiellä, ovat kustannukset.
Nämä kaksi vetyatomia ovat erittäin ystävällisiä kyseisen happiatomin kanssa.
Niiden jakaminen vie energiaa.
Veden elektrolyysillä – vuosikymmenien ajan käytetyllä tavanomaisella kaupallisella tavalla veden jakamiseksi – energia tulee kalliista sähköstä.
”Elektrolyyttinen vety maksaa nykyään $: n läheisyydessä 15—25 dollaria miljoonalta BTU: lta ”, sanoo Al Mezzina Brookhavenin kansallisesta laboratoriosta. ”Bensiini on noin 6 dollaria – 8 dollaria / miljoona BTU.”
Kustannustensa takia elektrolyyttivety muodostaa vain noin prosentin kaikesta tuotetusta vedystä.
Sitä käytetään erityisen puhtaassa paikassa. vetyä tarvitaan – esimerkiksi metallin prosessoinnissa ja puolijohteiden valmistusprosesseissa.
Mutta tulevaisuus ei ole täysin synkkä.
Jotkut tai kaikki juuri mainitut järjestelmät saattavat joskus pelata tärkeä rooli vedyntuotannossa.
Katsokaa niitä tarkemmin.
Elektrolyysin edistysaskel
Tavanomainen elektrolyysi käyttää tasajännitettä kahden veden ja kaliumhydroksidiliuokseen upotetun elektrodin yli. Kun virta virtaa, elektrodien välillä tapahtuu ionien ja elektronien vaihto. Vetyatomit kerääntyvät negatiiviseen elektrodiin (katodi) ja happiatomit positiiviseen elektrodiin (anodi). Elektrodien välinen erotin erottaa kaasut.
Tänään Brookhavenin tutkijat ja tutkijat työskentelevät kokeellisen järjestelmän kanssa, joka on samanlainen kuin tavanomainen elektrolyysijärjestelmä, paitsi että se eliminoi ihmisen tuottaman sähkön tarpeen. Kuten tavanomaisessa elektrolyysissä, järjestelmä käyttää kahta elektrodia. Erona on, että anodi on erityinen valoherkkä puolijohde, joka on valmistettu rautaoksidista.
”Se on päällystetty ohuella titaanidioksidikalvolla estääkseen sen syöpymisen vesi- ja kaliumhydroksidiliuoksessa. ”sanoo tohtori Chiang Yang, yksi kokeeseen osallistuvista tutkijoista. Kun auringonvaloa paistaa järjestelmään, anodiin syntyy sähköpotentiaali, joka aiheuttaa virran. Elektroni- ja ionivaihto tapahtuu, aivan kuten tavanomaisessa elektrolyysijärjestelmässä.
”Voit ajatella mitä tapahtuu anodilla tällä tavalla”, Yang selittää. ”Kun auringonvalo osuu puolijohde-elektrodiin, jotkut elektronit innostuvat voimakkaasti ja muuttavat asemaansa, tavallaan kuin teatterissa olevat henkilöt nousevat päästämään muita ihmisiä istumaan. Tämä jättää aukkoja täytettäväksi. Muut veden elektronit siirtyvät Tällöin vesi hajoaa.Mutta joskus innoissaan olevat elektronit siirtyvät takaisin reikiin, jotka ne vapauttivat ennen kuin muut elektronit vedestä voivat liikkua sisään, ikään kuin monet teatterin ihmisistä nousivat istuimeltaan, ajattelivat sitä paremmin ja istuivat takaisin. Tämä on hukkaan menevää liikettä, joka ei tuota muuta kuin lämpöä. Kutsumme sitä rekombinaatioksi. Haluamme vähentää rekombinaation minimiin, mikä on toinen tapa sanoa haluavamme lisätä tehokkuuttamme. ”
Järjestelmä on toistaiseksi olemassa vain pienenä laboratoriomallina.
Vähentynyt rekombinaatioprosentti on vain yksi monista ongelmista, jotka on ratkaistava, ennen kuin se etenee tuon vaiheen jälkeen.
Ja tohtori Yang varoittaa kohtuuttomasta optimismista. ”Fotoelektrolyysin yleisessä järjestelmässä olemme tehneet ei läpimurto ”, hän sanoo.” Mutta se on tärkeä askel käytännön fotoelektrolyyttikennojen kehittämisen tiellä. Tämä ja muut vastaavat auringonvaloa ja puolijohde-elektrodeja käyttävät järjestelmät on kuitenkin tutkittava perusteellisesti. Jos voimme selvittää virheet , niillä voi olla merkittävä rooli vedyn tuotannossa. ”
Kokeellinen valokemiallinen lähestymistapa elektrolyysiin on myös ryhmä Caltechissa, professori Harry B. Grayn johdolla. Kokeilijat eivät käytä kiinteitä elektrodeja, vaan sen sijaan ainutlaatuisen, ihmisen tekemän molekyylin (orgaaninen kompleksi, jonka ytimessä on metallirodium). Liuotettuaan veteen ja alttiina auringonvalolle kemikaali jakaa vesimolekyylit vapauttaen vetyä. ”On aivan liian aikaista sanoa, tuleeko tämä koskaan kaupallisesti käytännölliseksi”, sanoo Greyin tutkimusryhmän jäsen tohtori Virginia Houling. ”Olemme näiden järjestelmien kanssa tekniikan kärjessä.”
Harry B. Gray | www.cce.caltech.edu
Toinen lupaava lähestymistapa elektrolyysiin on Wilmingtonissa Massachusettsissa kehitetty GE: n kiinteiden elektrolyyttien järjestelmä. Kiinteän polymeerin materiaali on 10 Mils paksua ja molemmin puolin päällystetty ohuella elektrodimateriaalikalvolla. ”Tämä järjestelmä on tärkeä monin tavoin”, sanoo kiinteiden polymeerien ja elektrolyyttien elektrolyysiohjelmien GE: n ohjelmapäällikkö Jack Russell. ”Se on tehokkaampi kuin vastaavat tavanomaiset mikä tarkoittaa käytännössä sitä, että voit tuottaa enemmän vetyä samalle määrälle sähköä. Ja siinä ei käytetä emäksisiä nestemäisiä elektrolyyttejä. ”
Vielä toinen elektrolyysijärjestelmä on vasta varhaisessa kokeiluvaiheessa Connecticutin yliopistossa. Prof. Robert Coughlin käyttää tavanomaista elektrolysaattoria ja natriumhydroksidin tai hapon vesiliuosta. Mutta hän lisää myös hienojakoista hiiltä – kivihiilen tyyppiset sähkölaitteet polttavat turbiiniensa osalta. Jauhemaisella kivihiilellä on mielenkiintoinen vaikutus vähentää 50 prosenttia tietyn määrän vedyn tuottamiseen tarvittavaa sähköä. Hiili hapettuu ja kuluu prosessissa, mutta hapetuksen tuottama energia vähentää elektrolyysiin tarvittavan sähköenergian määrää.
Mitkä ovat hänen alkuperäisen laboratoriotyönsä lopputulokset, Coughlin ei ole varma.
”Mutta kun sinulla on mahdollisuus alentaa sähkökustannuksia 50 prosentilla”, hän sanoo, ”sinun on tarkistettava se. Ja meillä on valtavat hiilivarastot. ”
Harvat asiantuntijat epäilevät, että jollakin elektrolyysimuodolla, ehkä eri muodoilla eri alueilla, on lopulta tärkeä rooli vedyn tuotannossa.
Esimerkiksi Brookhavenin Mezzina sanoo: ”Kun aurinkokennotutkimus kehittyy siihen pisteeseen, jossa ne ovat riittävän halpoja ja käytännöllisiä, aurinkovyöhykkeen elektrolysaattorit saattavat toimia aurinkokennoilla. Alueilla, joilla ei ole paljon aurinkoa mutta runsaasti vesivoimaa, vesivoimalaitokset voivat toimittaa vettä jakavaa energiaa. Vielä muissa paikoissa ydinvoimalaitokset voivat tuottaa sähköä. ”
Veden jakaminen lämmöllä
Ydinvoimalat voisi myös tuottaa lämpöä erilaista lähestymistapaa varten veden jakamiseen – termokemialliseen dissosiaatioon.
Tutkijat ovat jo pitkään tienneet, että jos vesi kuumennetaan 3700 asteeseen, se hajoaa spontaanisti hapeksi ja vedyksi.
Tällä menetelmällä on kuitenkin ongelmia – ei vähäisimpänä sellaisten säiliömateriaalien puute, jotka kestävät tällaisia lämpötiloja pitkään aikaan.
Ei ole myöskään käytännön tapaa saada tällaiset lämpötilat.
Jos veteen lisätään kuitenkin tiettyjä epäorgaanisia yhdisteitä – esimerkiksi rikkidioksidia ja jodia -, vesi hajoaa kemiallisten reaktioiden läpi paljon alemmassa lämpötilassa: 1400 astetta F.
Prosessin lopussa epäorgaaniset yhdisteet regeneroidaan ja prosessi on valmis aloittamaan uudelleen. Silti erittäin kokeellinen, Tähän mennessä käytetyt kemialliset syklit ovat saaneet lämpönsä tavanomaisista laboratoriouuneista.
”Olemme vielä vuosien päässä todellisesta kytkemisestä ydinreaktoriin”, kertoo tohtori Giovanni Caprioglio, kemian päällikkö Generalista Atomic Corp. San Diegossa, Kaliforniassa.
General Atomic on yksi johtavista termokemiallisissa tutkimuksissa.
Yksi ongelma on, että ainoa reaktori, joka pystyy tuottamaan lämpöä tarvittavassa 1400 asteen lämpötilassa, on kaasujäähdytteinen ”Ja maailmassa työskentelee vain kaksi”, Caprioglio sanoo. ”Yksi on Coloradossa ja toinen Saksassa.”
Aurinkokeräimen lämpö saattaa myös toimia. Georgia Tech on rakentanut aurinkokeräimen, joka pystyy tuottamaan tarvittavan lämmön. ”Mutta hyötysuhde ei välttämättä ole yhtä suuri kuin ydinreaktorilla”, Caprioglio sanoo.
”Tässä vaiheessa kukaan ei voi sanoa täysin varmuudella, että vaikka tekniset ongelmat (kuten kuten lämmönkestävät materiaalit) on ratkaistu, voimme nostaa kustannukset ja hyötysuhteen kohtuulliselle tasolle ”, kertoo Caroline Mason Los Alamosin kansallisista tieteellisistä laboratorioista, jossa tutkitaan myös lämpökemiallisia syklejä. ”Mutta meidän on pyrittävä siihen selville saamiseksi.”
Caprioglio on samaa mieltä. ”Jos kaikki sujuu suunnitellusti”, hän sanoo, ”siellä on joitain merkittäviä kemian tekniikan esittelyprosesseja, ja” aloitamme tietojen keräämisen ja vakavien tehokkuus- ja kustannusanalyysilukujen laatimisen. ”
Biologinen vedenjako
Maapallolla on olentoja, jotka jakavat vettä ilman sähköä, lämpöä, korkeaa tekniikkaa tai vaivaa. tietysti vihreät kasvit. Vihreän yhdisteen, klorofyllin, avulla ne vangitsevat auringonvalon energian kääntääkseen veden ja hiilidioksidin hengitettäväksi hapeksi ja energiapitoisiksi yhdisteiksi, jotka sisältävät hiiltä, vetyä ja happea – hiilihydraatteja.
Prosessi, fotosynteesi, on perusta suurimmalle osalle maapallon elämää.
Tämä havainto on kannustanut joitain tutkijoita seuraamaan sitä, mikä on luultavasti eksoottisin – ja kaikkein kaukaisinta – kaikista kokeellisista poluista. veden jakaminen: kasvien ”oman fotosynteettisen prosessin muokkaaminen siten, että vety vapautuu sen sijaan, että se jää loukkuun hiilihydraattiin hinnat.
Oak Ridgen kansallisessa laboratoriossa kokeilijat tutkivat sekä pinaattikloroplastien (kiekkomaisia rakenteita, joissa fotosynteesi tapahtuu vihreissä kasveissa) että makean veden levien käyttöä vedyn tuottamiseksi. Oak Ridge Labin tohtori Elias Greenbaum sanoi: ”On mahdollista, että fotobiologinen vedyn tuotanto voi pystyä ottamaan paikkansa uusien energialähteiden joukossa, joita on kehitetty ja tullaan kehittämään, kun fossiiliset polttoaineet muuttuvat liian kalliiksi tai niitä ei ole saatavana.”
Kukaan ei voi ennustaa, mikä on tämän tutkimuksen lopputulos.
Monet vedyn tuotannon tutkijat ja tutkijat ilmaisivat voimakkaasti kaksi teemaa:
1) Meidän on tutkittava kaikkia mahdollisia vedyntuotannon alueita, vaikka monet osoittautuisivatkin liian kalliiksi, tehotoniksi tai epäkäytännöllisiksi. Ainoa tapa todelliseen edistymiseen voidaan saavuttaa.
2) Vety olla tulevaisuuden polttoaine.
Ainoat kysymykset ovat milloin ja miten se tuotetaan.
Kuten voidaan odottaa, nämä kaksi viimeistä kysymystä herättivät asiantuntijoiden keskuudessa suurta erimielisyyttä, mutta vähemmän kuin mitä voidaan odottaa.
Yleensä olivat yhtä mieltä siitä, että kuluu vielä 20 vuotta, ennen kuin näemme vedyn olevan merkittävä energiakuvaan. Calvin sanoo: ”25 vuoden kuluessa 10 prosenttia Yhdysvalloista on ns. Vetytaloudessa.”
Vety on tulevaisuuden lupaavin polttoaine. Kaikki asiantuntijat uskovat, että ”opimme tuottamaan sitä taloudellisesti. Kukaan ei kuitenkaan voi vastata, kuinka pian.
Tarvitaan vielä paljon tutkimusta.