Beste svaret
Det er tre forskjellige drivstoff som brukes i de forskjellige SpaceX-rakettene.
- Originalen Falcon-1 , Falcon-9 og Falcon-Heavy bruker alle motorene “ Merlin .
- Merlin bruker kjølt RP-1 (som står for “Rocket Propellant 1” og er i utgangspunktet parafin) med flytende oksygen (LOX) som oksidasjonsmiddel.
- De forskjellige Dragon kapsler bruker “ Draco ” og “ SuperDraco ” motorer.
- Dracos bruk et “hypergolisk” drivstoff som betyr at du blander to kjemikalier og de forbrenner spontant – uten at du trenger noen form for antennelseskilde. Begge rakettene bruker monometylhydrazin og nitrogentetroksid . Når de fyrer av, er eksosen veldig karakteristisk lys oransje.
- StarShip og SuperHeavy bruk “Raptor” motorer.
- Raptor bruker flytende metan (LCH4) som drivstoff med flytende oksygen ( LOX) som oksidasjonsmiddel (dette kalles noen ganger “Methalox”).
HVORFOR BYTTE TIL METAN?
Bytten fra RP-1 til metan skjer fordi SpaceX vil fly StarShip til Mars – og hvis de gjør det, vil det ikke være nok plass om bord til å lagre nok drivstoff til å komme hjem igjen.
Det fine med metan er at det kan lages av CO2 og hydrogen – pluss god tilførsel av strøm. Atmosfæren på Mars er nesten all CO2, og hydrogen kan oppnås ved elektrolyse av vann – som er ganske rikelig som is under Mars overflate. Med solenergi som genererer elektrisitet – de kan lage metan OG Oksygen akkurat der på Mars.
Planen er å sende ut et droneskip med en metaloks rakettdrivstofffabrikk ombord. Hvis de sender det ut et par år foran de første menneskene – burde det være i stand til å lage nok drivstoff til det første bemannede oppdraget å fylle drivstoff og komme hjem.
Svar
Til sparer deg mye forlegenhet, jeg snakker om hydrogen.
Hydrogen er drivstoff.
Vann inneholder hydrogen, men bundet med oksygen.
Hvis hydrogen kan frigjøres fra vann (ved en prosess kjent som dissosiasjon ), kan du bruke det som drivstoff. Egentlig må du gjøre vann ledende ved å gjøre det til en elektrolytt; ganske enkel og billig prosess.
Du trenger ikke engang oksygen fra vann; nok oksygen er fritt tilgjengelig i atmosfæren.
I hjertet av hydrogenets løfte ligger to nøkkelegenskaper.
For det første er forsyning av det praktisk talt ubegrenset. Siden det er et primært bestanddel av vann, en økonomisk metode for å utvinne det, er det eneste som trengs for å produsere bokstavelige hav av energi.
For det andre, brenner hydrogen ikke skade miljøet. Det returnerer ganske enkelt gassen til form av vann .
Hydrogen er også et unikt fleksibelt medium for lagring og distribusjon av energi. Det omdannes lett til elektrisitet ved bruk av en brenselcelle, og elektrisitet kan gjøres om til hydrogen ved elektrolysering av vann. / p>
Overført gjennom rørledninger som de som brukes til naturgass, kan den føre energi fra store, fjerntliggende kraftverk til individuelle hjem og fabrikker slik elektrisitet nå gjør – men med langt større effektivitet.
Og I motsetning til elektrisitet kan hydrogen holdes i tanker for å drive kjøretøy, eller for å lagre kraft i perioder på s eak demand.
Med ordene fra Peter Hoffman, redaktør og utgiver av The Hydrogen Letter : «Hydrogen is the fuel at the end of linjen når alt annet er utarmet, funnet ubrukelig eller miljøvennlig. «
For de fleste fremkaller ordet hydrogen straks spekteret til Hindenburg styrbar, eksploderer over landskapet i New Jersey.
▲ Modellen LZ-129 Hindenburg som brenner ved Lakehurst, New Jersey
Likevel avslører en mer objektiv analyse at hydrogen ikke er farligere enn andre brennbare materialer som brukes som drivstoff, og til og med har noe betydelige sikkerhetsfordeler.
Ironisk nok er et tilfelle Hindenburg selve hendelsen.
Selv om den eksploderte hundrevis meter over bakken, overlevde 62 av luftfartøyets 97 passasjerer, delvis fordi lysveien Gass gass steg fri for håndverket mens det brant, og ble fortært i en relativt kort eksplosjon.
Fotogenbrensel ville ha klamret seg fast til vraket og brent rasende i lang tid, sannsynligvis drept alle i nærheten.
Likevel, Hindenburg er fortsatt en reell hindring for hydrogenets aksept blant allmennheten.
Fra en praktisk synspunkt, men de virkelige problemene har med ingeniørfag og økonomi å gjøre.
I en viktig ny utvikling innen elektrolyse av vann er et tynt plastlignende ark faktisk elektrolytten, en solid- polymermateriale som er en mye bedre ioneleder enn den flytende kaliumhydroksydelektrolytten som brukes med vann i konvensjonell elektrolyse.
Resultatet? Mer hydrogen for samme mengde elektrisk energi som brukes.
Det er bare en av en rekke fremskritt som gjøres innen hydrogenproduksjon.
Andre inkluderer:
• Et elektrolysesystem som deler vann når solen skinner på elektrodene. .
• En ele ctrolyseprosess som bruker pulverisert kull og vann, og som bare krever halvparten av mengden strøm som trengs i konvensjonell elektrolyse. • Biologiske organismer og materialer som splitter vann når de utsettes for sollys.
• Termokjemiske sykluser som induserer vannspaltning gjennom intens varme.
Hvorfor all den intensive forskningen innen hydrogenproduksjon?
To grunner.
En, hydrogen blir mye brukt industrielt som et kjemisk råstoff for mange produksjonsprosesser. Det meste av hydrogen i dag kommer fra naturgass og petroleum, som er relativt mangelfullt.
To, når den mangelvare ikke blir tilført, trenger vi andre hydrogenkilder og andre kilder til drivstoff. p>
Heldigvis inneholder naturens sikre en tilnærmet uttømmelig tilførsel av hydrogen. Vi må bare finne kombinasjonen for å låse den opp.
Syttifem prosent av jordens overflate er dekket av vann.
Hvert molekyl vann har to atomer av hydrogen og en av oksygen.
Hvis vi kan lære å utvinne hydrogenet som er fanget i det vannet økonomisk, vil våre bekymringer for drivstoff være over.
Hydrogen er et bedre drivstoff enn bensin.
Forurensningsfri, blir den tilbake til vann når den brennes.
Den pakker mer energi per pund enn noe drivstoff — for eksempel 19 000 Btu potensiell varmeenergi for et pund bensin, 61 000 for et pund flytende hydrogen.
Det største enkeltproblemet som står i veien for en hydrogenøkonomi er kostnad.
Disse to hydrogenatomene er veldig vennlige med det oksygenatomet.
Å dele dem tar energi.
Med elektrolyse av vann – den vanlige kommersielle måten å dele vann på, brukt i flere tiår – kommer energien fra dyr elektrisitet.
«Elektrolytisk hydrogen koster i dag i nærheten av $ 15— $ 25 per million Btu, «sier Al Mezzina ved Brookhaven National Laboratory. «Bensin er omtrent $ 6 – $ 8 per million Btu.»
På grunn av utgiftene utgjør elektrolytisk hydrogen bare omtrent en prosent av alt produsert hydrogen.
Det brukes der det er spesielt rent hydrogen er nødvendig – for eksempel i prosessering av metallproduksjon og halvlederproduksjon.
Men fremtiden er ikke helt dyster.
Noen eller alle systemene som er nevnt, kan en dag spille en viktig rolle i hydrogenproduksjon.
Se nærmere på dem.
Fremskritt innen elektrolyse
Konvensjonell elektrolyse påfører likestrøm over to elektroder nedsenket i en løsning av vann og kaliumhydroksid. Når strøm strømmer, skjer det en utveksling av ioner og elektroner mellom elektrodene. Hydrogenatomer samler seg ved den negative elektroden (katoden) og oksygenatomer ved den positive elektroden (anoden). En separator mellom elektrodene skiller gassene.
I dag jobber forskere og forskere ved Brookhaven med et eksperimentelt system som ligner på et konvensjonelt elektrolysesystem, bortsett fra at det eliminerer behovet for menneskeskapt elektrisitet. Som med konvensjonell elektrolyse, bruker systemet to elektroder. Forskjellen er at anoden er en spesiell lysfølsom halvleder laget av jernoksid.
«Den er belagt med en tynn film av titandioksid for å forhindre at den tærer i løsningen av vann og kaliumhydroksid, «sier Dr. Chiang Yang, en av forskerne som er involvert i eksperimentet. Når sollys skinner på systemet, dannes det et elektrisk potensial ved anoden som får strøm til å strømme. En elektron- og ionebytte skjer, akkurat som i et konvensjonelt elektrolysesystem.
«Du kan tenke på hva som skjer ved anoden på denne måten,» forklarer Yang. «Når sollys treffer halvlederelektroden, blir noen elektroner veldig begeistret og endrer stilling, som om individer på et teater reiser seg for å la andre mennesker få plass. Dette etterlater hull som skal fylles. Andre elektroner fra vannet beveger seg inn til okkuperer hullene. Dette resulterer i vannklyving.Men noen ganger beveger de opphissede elektronene seg tilbake i hullene de forlot før andre elektroner fra vannet kan bevege seg inn, omtrent som om mange av disse menneskene i teatret reiste seg ut av setene, tenkte bedre på det og satte seg ned igjen. Dette er bortkastet bevegelse, som ikke produserer annet enn varme. Vi kaller det rekombinasjon. Vi ønsker å redusere rekombinasjon til et minimum, noe som er en annen måte å si at vi vil øke effektiviteten vår. «
Så langt eksisterer systemet bare som en liten laboratoriemodell.
Avtagende rekombinasjonsfrekvensen er bare ett av de mange problemene som må løses før den går videre enn dette stadiet.
Og Dr. Yang advarer mot unødig optimisme. «I det overordnede skjemaet med fotoelektrolyse er det vi har gjort det ikke et gjennombrudd, «sier han.» Men det er et viktig skritt på veien mot å utvikle praktiske fotoelektrolytiske celler. Imidlertid må dette og andre lignende systemer som bruker sollys og halvlederelektroder utforskes fullt ut. Hvis vi kan finne ut feilene , kan de spille en viktig rolle i hydrogenproduksjonen. «
En eksperimentell fotokjemisk tilnærming til elektrolyse blir også forfulgt av en gruppe på Caltech, ledet av professor Harry B. Gray. Eksperimentene bruker ikke faste elektroder, men i stedet et unikt, menneskeskapt molekyl (et organisk kompleks med metall rodium i kjernen). Når det oppløses i vann og utsettes for sollys, deler kjemikaliet vannmolekyler og frigjør hydrogen. «Det er altfor tidlig å fortelle om dette noen gang vil være kommersielt praktisk,» sier Dr. Virginia Houling, et medlem av Greys forskningsteam. «Vi er helt på kanten av teknologien med disse systemene.»
Harry B. Gray | www.cce.caltech.edu
En annen lovende tilnærming til elektrolyse er GE solid-elektrolytt-systemet utviklet i Wilmington, Mass. Det faste polymermaterialet er 10 mils tykk og er belagt på begge sider med en tynn film av elektrodemateriale. «Dette systemet er viktig på forskjellige måter,» sier Jack Russell, GE-programleder for elektrolytteprogrammer med solid polymer-elektrolytt. «Det er mer effektivt enn sammenlignbare konvensjonelle systemer, som egentlig betyr at du kan produsere mer hydrogen for samme mengde strøm. Og den bruker ingen kaustiske flytende elektrolytter. «
Nok et elektrolysesystem er i veldig tidlige eksperimentelle stadier ved University of Connecticut. Prof. Robert Coughlin bruker en konvensjonell elektrolysator og en vannoppløsning av natriumhydroksid eller syre. Men han legger også til fint pulverisert kull – den typen kullelektriske verktøy som brennes for turbinene deres. Pulverisert kull har den interessante effekten av å redusere mengden strøm som trengs for å produsere en gitt mengde hydrogen med 50 prosent. i prosessen, men energien generert av oksidasjon reduserer mengden elektrisk energi som trengs for elektrolyse.
Hva sluttresultatene av hans første laboratoriearbeid vil være, er ikke Coughlin ikke sikker.
«Men når du har muligheten til å redusere elektriske kostnader med 50 prosent,» sier han, «må du sjekke det ut. Og vi har enorme forsyninger av kull. «
Få eksperter tviler på at en eller annen form for elektrolyse, kanskje forskjellige former i forskjellige regioner, etter hvert vil spille en viktig rolle i hydrogenproduksjonen.
For eksempel, sier Brookhaven «Mezzina,» Når forskning på solceller utvikler seg til et punkt der de er billige nok og praktiske, kan elektrolysatorer i solbeltet drives av solceller. I områder der det ikke er mye sol men rikelig med vannkraft, kan vannkraftanlegg levere vannklyvende energi. Andre steder kan atomkraftverk levere strømmen. «
Å dele vann med varme
Atomanlegg kunne også levere varme for en annen tilnærming til vannsplitting – termokjemisk dissosiasjon.
Forskere har lenge kjent at hvis vann varmes opp til 3700 grader F, brytes det spontant opp i oksygen og hydrogen.
Det er imidlertid problemer med denne metoden – ikke minst mangler det containermaterialer som tåler slike temperaturer over en langvarig periode.
Det er heller ingen praktisk måte å oppnå slike temperaturer.
Men hvis det tilsettes visse uorganiske forbindelser til vannet – svoveldioksid og jod – for eksempel, bryter vannet opp gjennom en serie kjemiske reaksjoner ved en mye lavere temperatur: 1400 grader F.
På slutten av prosessen regenereres de uorganiske forbindelsene, og prosessen er klar til å starte på nytt. Fortsatt veldig eksperimentell, desto mokjemiske sykluser som hittil er brukt, har hentet varmen fra konvensjonelle laboratorieovner.
«Vi» er fortsatt mange år unna faktisk tilkobling til en atomreaktor, «sier Dr. Giovanni Caprioglio, sjef for kjemi ved General Atomic Corp. i San Diego, California.
General Atomic er en av lederne innen termokjemisk forskning.
Et problem er at den eneste typen reaktor som kan gi varme ved den 1400 graders temperaturen som er nødvendig, er gasskjølt atomreaktor «. Og det er bare to av dem som jobber i verden,» sier Caprioglio. «Den ene er i Colorado, og den andre er i Tyskland.»
Varme fra en solfanger kan også fungere. Georgia Tech har bygget en solfanger som er i stand til å levere den nødvendige varmen. «Men effektiviteten er kanskje ikke så stor som den ville vært med en atomreaktor,» sier Caprioglio.
«På dette punktet kan ingen si med absolutt sikkerhet at, selv om de tekniske problemene (f.eks. som varmebestandige materialer) blir løst, kan vi bringe kostnadene og effektiviteten til et rimelig nivå, «sier Caroline Mason fra Los Alamos National Scientific Laboratories, der det også forskes på termokjemiske sykluser. «Men vi må forfølge den for å finne ut av det.»
Caprioglio er enig. «Hvis alt går som planlagt,» sier han, «vil det være noen betydelige kjemisk-tekniske demonstrasjonsprosesser, og vi begynner å samle inn data og legge ned noen alvorlige effektivitets- og kostnadsanalysetall.»
Biologisk vannsplitting
Det er skapninger på jorden som deler vann uten strøm, varme, høyteknologi eller innsats. De er av Selvfølgelig, de grønne plantene. Ved å bruke den grønne forbindelsen, klorofyll, fanger de opp sollysens energi for å gjøre vann og karbondioksid om til oksygenet vi puster inn, og energirike forbindelser som inneholder karbon, hydrogen og oksygen – karbohydrater.
Prosessen, fotosyntese, er grunnlaget for mest liv på jorden.
Denne observasjonen har stimulert noen forskere til å følge det som trolig er det mest eksotiske – og fjerntliggende – av alle eksperimentelle veier til splitting av vann: modifisering av plantens egen fotosyntetiske prosess slik at hydrogen frigjøres, snarere enn fanget i karbohydrat priser.
På Oak Ridge National Laboratory undersøker eksperimenterer bruk av både spinatkloroplaster (de skivelignende strukturene der fotosyntese forekommer i grønne planter) og ferskvannsalger for å generere hydrogen. Oak Ridge Labs Dr. Elias Greenbaum sa: «Det er en sjanse for at fotobiologisk hydrogenproduksjon kan ta plass blant de nye energikildene som har blitt og vil bli utviklet når fossile brensler blir for dyre eller utilgjengelige.»
Ingen kan virkelig forutsi hva resultatet av all denne forskningen vil være.
Mange forskere og forskere innen hydrogenproduksjon, uttrykte sterkt to temaer:
1) Vi må utforske alle mulige områder for hydrogenproduksjon, selv om mange viser seg å være for kostbare, ineffektive eller upraktiske. Det er den eneste måten virkelig fremgang kan oppnås.
2) Hydrogen vil være fremtidens drivstoff.
De eneste spørsmålene er når og hvordan den skal produseres.
Som forventet, ga disse to siste spørsmålene betydelig uenighet blant ekspertene, men mindre enn forventet.
De fleste er enige om at det vil gå 20 år til vi ser at hydrogen gir noe betydelig bidrag til energibildet. Calvin sier: «Innen 25 år vil 10 prosent av USA være på den såkalte hydrogenøkonomien.»
Hydrogen er det mest lovende drivstoffet for fremtiden. Alle ekspertene mener at vi lærer å produsere det økonomisk. Spørsmålet ingen kan svare på er imidlertid hvor snart.
Det er behov for mye mer forskning.