Meilleure réponse
Trois carburants différents sont utilisés dans les différentes fusées SpaceX.
- Loriginal Falcon-1 , le Falcon-9 et le Falcon-Heavy utilisent tous les moteurs « Merlin « .
- Merlin utilise du RP-1 refroidi (qui pour «Rocket Propellant 1» et est essentiellement du kérosène) avec de loxygène liquide (LOX) comme oxydant.
- Les différentes capsules Dragon utilisent le Moteurs « Draco » et « SuperDraco « .
- Le Draco utilisez un carburant «hypergolique», ce qui signifie que vous mélangez deux produits chimiques et quils brûlent spontanément – sans avoir besoin daucune source dinflammation. Les deux roquettes utilisent de la monométhylhydrazine et du tétroxyde dazote . Lorsquils se déclenchent, léchappement est dun orange vif très caractéristique.
- Le StarShip et SuperHeavy utilisez les moteurs «Raptor» .
- Raptor utilise du méthane liquide (LCH4) comme carburant avec de loxygène liquide ( LOX) comme oxydant (parfois appelé «méthalox»).
POURQUOI PASSER AU MÉTHANE?
Le passage de RP-1 à Methane vient du fait que SpaceX veut faire voler StarShip vers Mars – et sils le font, il ny aura pas assez de place à bord pour stocker suffisamment de carburant pour rentrer à la maison.
Ce quil y a de bien avec le méthane, cest quil peut être fabriqué à partir de CO2 et dhydrogène – plus un bon approvisionnement en électricité. Latmosphère sur Mars est presque entièrement composée de CO2, et lhydrogène peut être obtenu par électrolyse de leau – qui est assez abondante sous forme de glace sous la surface de Mars. Avec lénergie solaire produisant de lélectricité – ils peuvent produire du méthane ET de loxygène sur Mars.
Le plan est denvoyer un drone avec une usine de carburant pour fusée méthalox à bord. Sils lenvoient quelques années avant les premiers humains, il devrait être en mesure de produire suffisamment de carburant pour la première mission habitée afin de faire le plein et de rentrer chez eux.
Réponse
À vous évitera beaucoup d’embarras, je parlerai d’hydrogène.
L’hydrogène est un carburant.
L’eau contient de l’hydrogène, mais elle est liée à l’oxygène.
Si le lhydrogène peut être libéré de leau (par un processus connu sous le nom de dissociation ), vous pouvez lutiliser comme carburant. En fait, vous devez rendre leau conductrice en en faisant un électrolyte ; un processus assez simple et peu coûteux.
Vous navez même pas besoin de loxygène de leau; suffisamment d’oxygène est librement disponible dans l’atmosphère.
Au cœur de la promesse de l’hydrogène se trouvent deux qualités clés.
Premièrement, les approvisionnements en sont pratiquement illimités. constituant de leau, une méthode économique dextraction est la seule chose nécessaire pour produire littéralement des océans dénergie.
Deuxièmement, la combustion de lhydrogène ne nuit pas à lenvironnement. Elle renvoie simplement le gaz sous forme deau .
Lhydrogène est également un support flexible unique pour le stockage et la distribution de lénergie. Il est facilement converti en électricité grâce à lutilisation dune pile à combustible, et lélectricité peut être reconvertie en hydrogène en électrolysant leau.
Transmis par des pipelines similaires à ceux utilisés pour le gaz naturel, il peut transporter lénergie des grandes centrales électriques éloignées vers les maisons individuelles et les usines, comme le fait actuellement lélectricité, mais avec une efficacité bien supérieure.
Et contrairement à lélectricité, lhydrogène peut être conservé dans des réservoirs pour faire le plein de véhicules ou pour stocker de lénergie pendant des périodes de p faible demande.
Pour reprendre les mots de Peter Hoffman, rédacteur en chef et éditeur de The Hydrogen Letter : « Lhydrogène est le carburant à la fin de la ligne lorsque tout le reste a été épuisé, jugé irréalisable ou écologiquement inacceptable. «
Pour la plupart des gens, le mot hydrogène évoque immédiatement le spectre du Hindenburg dirigeable, explosant au-dessus de la campagne du New Jersey.
▲ Le modèle LZ-129 Hindenburg brûlant à Lakehurst, New Jersey
Pourtant, une analyse plus objective révèle que lhydrogène nest pas plus dangereux que les autres matières inflammables utilisées comme combustibles, et en contient même des avantages importants en matière de sécurité.
Ironiquement, un exemple typique est lincident de Hindenburg lui-même.
Bien quil ait explosé des centaines de pieds au-dessus du sol, 62 des 97 passagers du navire aérien ont survécu, en partie parce que le lightwei Du gaz séchappa de lengin alors quil brûlait, et fut consommé dans une explosion relativement brève.
Le kérosène se serait accroché à lépave et aurait brûlé furieusement pendant longtemps, tuant probablement tout le monde à proximité.
Pourtant, le Hindenburg reste un véritable obstacle à lacceptation de lhydrogène par le grand public.
Dun Dun point de vue pratique, cependant, les vrais problèmes ont à voir avec lingénierie et léconomie.
Dans un nouveau développement important dans lélectrolyse de leau, une mince feuille de type plastique est en fait lélectrolyte, un solide- matériau polymère qui est un bien meilleur conducteur ionique que lélectrolyte dhydroxyde de potassium liquide utilisé avec de leau dans lélectrolyse conventionnelle.
Le résultat? Plus dhydrogène pour la même quantité dénergie électrique utilisée.
Ce n’est qu’une des nombreuses avancées réalisées dans le domaine de la production d’hydrogène.
Les autres incluent:
• Un système d’électrolyse qui divise l’eau lorsque le soleil brille sur ses électrodes .
• Un ele Procédé de ctrolyse qui utilise du charbon en poudre et de leau, ne nécessitant que la moitié de la quantité délectricité nécessaire à lélectrolyse conventionnelle. • Organismes biologiques et matériaux qui divisent leau lorsquils sont exposés à la lumière du soleil.
• Cycles thermochimiques qui induisent la division de leau par une chaleur intense.
Pourquoi toutes ces recherches intensives sur la production dhydrogène?
Deux raisons.
Premièrement, lhydrogène est largement utilisé dans lindustrie comme matière première chimique pour de nombreux processus de fabrication. Aujourdhui, la plupart de lhydrogène provient du gaz naturel et du pétrole, qui sont relativement rares.
Deuxièmement, lorsque cette pénurie deviendra une réserve, nous aurons besoin dautres sources dhydrogène et dautres sources de carburant.
Heureusement, le coffre-fort naturel contient une réserve dhydrogène pratiquement inépuisable. Nous devons juste trouver la combinaison pour le déverrouiller.
Soixante-quinze pour cent de la surface de la terre est recouverte deau.
Chaque molécule deau a deux atomes dhydrogène et celle de loxygène.
Si nous pouvons apprendre à extraire économiquement lhydrogène piégé dans cette eau, nos soucis de carburant seront terminés.
Lhydrogène est un meilleur carburant que lessence.
Sans pollution, il se transforme en eau lorsquil est brûlé.
Il contient plus dénergie par livre que nimporte quel carburant – par exemple, 19 000 Btu dénergie thermique potentielle pour une livre dessence, 61 000 pour une livre dhydrogène liquide.
Le plus gros problème à une économie de lhydrogène est le coût.
Ces deux atomes dhydrogène sont très amis avec cet atome doxygène.
Les séparer consomme de lénergie.
Avec lélectrolyse de leau – la méthode commerciale standard de fractionnement de leau, utilisée depuis des décennies – cette énergie provient dune électricité coûteuse.
« Electrolytique lhydrogène coûte aujourdhui aux alentours de $ 15— 25 dollars par million de BTU », déclare Al Mezzina du Brookhaven National Laboratory. « Lessence coûte entre 6 et 8 dollars par million de Btu. »
En raison de sa dépense, lhydrogène électrolytique ne représente quenviron un pour cent de tout lhydrogène produit.
Il est utilisé là où il est particulièrement pur lhydrogène est nécessaire – dans les processus de traitement des métaux et de fabrication de semi-conducteurs, par exemple.
Mais lavenir nest pas entièrement sombre.
Certains ou tous les systèmes que nous venons de mentionner pourraient un jour jouer un rôle rôle important dans la production dhydrogène.
Examinez-les de plus près.
Progrès de lélectrolyse
Lélectrolyse conventionnelle applique une tension continue sur deux électrodes immergées dans une solution deau et dhydroxyde de potassium. Lorsque le courant circule, un échange dions et délectrons se produit entre les électrodes. Les atomes dhydrogène se rassemblent à lélectrode négative (cathode) et les atomes doxygène à lélectrode positive (anode). Un séparateur entre les électrodes sépare les gaz.
Aujourdhui, les chercheurs et scientifiques de Brookhaven travaillent sur un système expérimental similaire à un système délectrolyse conventionnel, sauf quil élimine le besoin délectricité artificielle. Comme pour lélectrolyse conventionnelle, le système utilise deux électrodes. La différence est que lanode est un semi-conducteur spécial sensible à la lumière en oxyde de fer.
« Elle est recouverte dune fine pellicule de dioxyde de titane pour lempêcher de se corroder dans sa solution deau et dhydroxyde de potassium, »déclare le Dr Chiang Yang, lun des scientifiques impliqués dans lexpérience. Lorsque la lumière du soleil brille sur le système, un potentiel électrique est créé à lanode, provoquant la circulation du courant. Un échange délectrons et dions se produit, un peu comme dans un système délectrolyse conventionnel.
« Vous pouvez penser à ce qui se passe à lanode de cette manière », explique Yang. « Lorsque la lumière du soleil frappe lélectrode semi-conductrice, certains électrons deviennent très excités et changent de position, un peu comme des individus dans un théâtre se levant pour laisser dautres personnes prendre place. Cela laisse des trous à combler. Dautres électrons de leau se déplacent vers occupent les trous, ce qui entraîne une division de l’eau.Mais parfois, les électrons excités retournent dans les trous quils ont libérés avant que dautres électrons de leau puissent y entrer, un peu comme si beaucoup de ces personnes dans le théâtre se levaient de leur siège, pensaient mieux à cela et se rassisaient. Cest du mouvement perdu, qui ne produit que de la chaleur. Nous appelons cela la recombinaison. Nous voulons réduire la recombinaison au minimum, ce qui est une autre façon de dire que nous voulons augmenter notre efficacité. «
Jusquà présent, le système nexiste que sous forme de petit modèle de laboratoire.
Diminution le taux de recombinaison nest quun des nombreux problèmes qui doivent être résolus avant de progresser au-delà de cette étape.
Et le Dr Yang met en garde contre un optimisme excessif. « Dans le schéma général de la photoélectrolyse, ce que nous avons fait est Ce nest pas une percée », dit-il.« Mais cest une étape importante sur la voie du développement de cellules photoélectrolytiques pratiques. Cependant, ce système et dautres systèmes similaires utilisant la lumière du soleil et des électrodes à semi-conducteurs doivent être explorés à fond. Si nous pouvons résoudre les bogues , ils peuvent jouer un rôle important dans la production dhydrogène. «
Une approche photochimique expérimentale de lélectrolyse est également poursuivie par un groupe à Caltech, dirigé par le professeur Harry B. Gray. Les expérimentateurs nutilisent pas délectrodes solides mais plutôt une molécule unique, artificielle (un complexe organique avec le rhodium métallique en son cœur). Lorsquil est dissous dans leau et exposé au soleil, le produit chimique divise les molécules deau, libérant de lhydrogène. «Il est beaucoup trop tôt pour dire si cela sera jamais commercialement pratique», déclare le Dr Virginia Houling, membre de léquipe de recherche de Gray. « Nous sommes à la pointe de la technologie avec ces systèmes. »
Harry B. Gray | www.cce.caltech.edu
Une autre approche prometteuse de lélectrolyse est le système délectrolyte solide GE développé à Wilmington, Massachusetts. Le matériau polymère solide est 10 mils dépaisseur et est revêtu des deux côtés dun mince film de matériau délectrode. « Ce système est important à plusieurs égards », déclare Jack Russell, directeur de programme GE pour les programmes délectrolyse solide-polymère-électrolyte. « Il est plus efficace que les produits classiques comparables. systèmes, ce qui signifie essentiellement que vous pouvez produire plus dhydrogène pour la même quantité délectricité. Et il nutilise pas délectrolytes liquides caustiques. «
Encore un autre système délectrolyse est à un stade expérimental très précoce à lUniversité du Connecticut. Le professeur Robert Coughlin utilise un électrolyseur conventionnel et une solution aqueuse dhydroxyde de sodium ou dacide. Mais il ajoute également du charbon en poudre fine – le type de charbon utilisé par les compagnies délectricité pour leurs turbines. Le charbon en poudre a pour effet intéressant de réduire de 50 pour cent la quantité délectricité nécessaire pour produire une quantité donnée dhydrogène. Le charbon soxyde et est consommé dans le processus, mais l’énergie produite par l’oxydation réduit la quantité d’énergie électrique nécessaire à l’électrolyse.
Quels seront les résultats finaux de son travail de laboratoire initial, Coughlin n’est pas sûr.
« Mais quand vous avez la possibilité de réduire les coûts délectricité de 50 pour cent », dit-il, « vous » devez vérifier. Et nous avons de vastes réserves de charbon. «
Peu dexperts doutent quune certaine forme délectrolyse, peut-être sous diverses formes dans différentes régions, finisse par jouer un rôle important dans la production dhydrogène.
Par exemple, dit Brookhaven « s Mezzina, » Alors que la recherche sur les cellules photovoltaïques se développe au point où elles sont suffisamment bon marché et pratiques, les électrolyseurs de la Sun Belt pourraient être alimentés par des cellules solaires. Dans les régions où il ny a pas beaucoup de soleil mais en abondance dénergie hydroélectrique, les centrales hydroélectriques peuvent fournir de lénergie de fractionnement de leau. Dans dautres endroits encore, les centrales nucléaires peuvent fournir de lélectricité. «
Diviser leau avec de la chaleur
Centrales nucléaires pourrait également fournir de la chaleur pour une approche différente de la séparation de leau – la dissociation thermochimique.
Les chercheurs savent depuis longtemps que si leau est chauffée à 3700 degrés F, elle se décompose spontanément en oxygène et hydrogène.
Il y a des problèmes avec cette méthode, cependant, dont le moindre nest pas le manque de matériaux de conteneurs capables de résister à de telles températures sur une période prolongée.
De plus, il ny a pas de moyen pratique dobtenir Cependant, si certains composés inorganiques sont ajoutés à leau – le dioxyde de soufre et liode, par exemple – leau se décompose par une série de réactions chimiques à une température beaucoup plus basse: 1 400 degrés F.
À la fin du processus, les composés inorganiques sont régénérés et le processus est prêt à recommencer. Encore très expérimental, le ther Les cycles mochimiques utilisés jusquà présent ont dérivé leur chaleur des fours de laboratoire conventionnels.
« Nous sommes encore à des années du raccordement réel à un réacteur nucléaire », déclare le Dr Giovanni Caprioglio, directeur de la chimie chez General Atomic Corp. à San Diego, Californie.
General Atomic est lun des leaders de la recherche thermochimique.
Lun des problèmes est que le seul type de réacteur capable de fournir de la chaleur à la température de 1400 degrés nécessaire est celui refroidi au gaz. réacteur nucléaire « . Et il ny en a que deux dans le monde », dit Caprioglio. « Lun est au Colorado et lautre en Allemagne. »
La chaleur dun capteur solaire peut également fonctionner. Georgia Tech a construit un capteur solaire capable de fournir la chaleur nécessaire. « Mais lefficacité peut ne pas être aussi grande quelle le serait avec un réacteur nucléaire », dit Caprioglio.
« À ce stade, personne ne peut dire avec une certitude absolue que, même si les problèmes techniques (tels comme les matériaux résistants à la chaleur) sont résolus, nous pouvons ramener le coût et lefficacité à un niveau raisonnable », explique Caroline Mason des laboratoires scientifiques nationaux de Los Alamos, où des recherches sont également menées sur les cycles thermochimiques. « Mais nous devons poursuivre pour le découvrir. »
Caprioglio est daccord. «Si tout se passe comme prévu», dit-il, «il y aura dimportants processus de démonstration en génie chimique, et nous« commencerons à collecter des données et à rédiger de sérieux chiffres defficacité et danalyse des coûts ».
Division biologique de leau
Il existe des créatures sur Terre qui divisent leau sans électricité, sans chaleur, sans haute technologie ou sans effort. Bien sûr, les plantes vertes. En utilisant le composé verdâtre, la chlorophylle, elles captent lénergie de la lumière du soleil pour transformer leau et le dioxyde de carbone en oxygène que nous respirons et en composés riches en énergie contenant du carbone, de lhydrogène et de loxygène – les glucides.
Le processus, la photosynthèse, est à la base de la plupart des vies sur Terre.
Cette observation a incité certains chercheurs à suivre ce qui est probablement le plus exotique – et lointain – de tous les chemins expérimentaux pour fractionnement de leau: modification du processus de photosynthèse des plantes afin que lhydrogène soit libéré, plutôt que piégé dans le glucide
Au Oak Ridge National Laboratory, les expérimentateurs étudient lutilisation à la fois de chloroplastes dépinards (les structures en forme de disque où la photosynthèse se produit dans les plantes vertes) et dalgues deau douce pour générer de lhydrogène. Le Dr Elias Greenbaum dOak Ridge Lab a déclaré: « Il y a une chance que la production photobiologique dhydrogène puisse prendre sa place parmi les nouvelles sources dénergie qui ont été et seront développées lorsque les combustibles fossiles deviennent trop chers ou indisponibles. »
Personne ne peut vraiment prédire quel sera le résultat de toutes ces recherches.
De nombreux scientifiques et chercheurs dans le domaine de la production dhydrogène ont fortement exprimé deux thèmes:
1) Nous devons explorer tous les domaines possibles de la production dhydrogène, même si beaucoup savèrent trop coûteux, inefficaces ou peu pratiques. Cest la seule façon de réaliser de véritables progrès.
2) Lhydrogène va être le carburant du futur.
Les seules questions sont quand et comment il sera produit.
Comme on pouvait sy attendre, ces deux dernières questions ont soulevé un désaccord considérable parmi les experts, mais moins que ce à quoi on pourrait sattendre.
De lavis général, il faudra encore 20 ans avant de voir lhydrogène apporter une contribution significative à limage de lénergie. Calvin déclare: «Dici 25 ans, 10\% des États-Unis bénéficieront de la soi-disant économie de lhydrogène.»
Lhydrogène est le carburant le plus prometteur pour lavenir. Tous les experts pensent que nous « apprendrons à le produire de manière économique. La question à laquelle personne ne peut répondre, cependant, est de savoir dans quel délai.
De nombreuses recherches supplémentaires sont nécessaires.