Melhor resposta
Existem três combustíveis diferentes usados nos vários foguetes SpaceX.
- O original Falcon-1 , o Falcon-9 e o Falcon-Heavy todos usam os motores “ Merlin ”.
- Merlin usa RP-1 refrigerado (que significa para “Rocket Propelant 1” e é basicamente querosene) com oxigênio líquido (LOX) como o oxidante.
- As várias cápsulas do dragão usam as “ Draco ” e “ SuperDraco ” motores.
- Os motores do Draco use um combustível “hipergólico”, o que significa que você mistura dois produtos químicos e eles entram em combustão espontânea – sem a necessidade de qualquer tipo de fonte de ignição. Ambos os foguetes usam monometil hidrazina e tetróxido de nitrogênio . Quando eles disparam, o escapamento é um laranja brilhante muito característico.
- O StarShip e SuperHeavy use os motores “Raptor” .
- Raptor usa metano líquido (LCH4) como combustível com oxigênio líquido ( LOX) como o oxidante (às vezes é chamado de “Methalox”).
POR QUE MUDAR PARA METANO?
A mudança de RP-1 para Metano ocorre porque a SpaceX quer levar a nave espacial a Marte – e se fizer isso, não haverá espaço suficiente a bordo para armazenar combustível suficiente para voltar para casa.
O bom do metano é que ele pode ser feito de CO2 e hidrogênio – além de um bom suprimento de eletricidade. A atmosfera de Marte é quase toda composta de CO2, e o hidrogênio pode ser obtido pela eletrólise da água – que é bastante abundante como gelo abaixo da superfície de Marte. Com eletricidade gerada por energia solar, eles podem produzir metano E oxigênio ali mesmo em Marte.
O plano é enviar um navio drone com uma fábrica de combustível de foguete Methalox a bordo. Se eles o enviarem alguns anos antes dos primeiros humanos, ele deve ser capaz de produzir combustível suficiente para a primeira missão tripulada reabastecer e voltar para casa.
Resposta
Para poupe muito constrangimento, vou falar de hidrogênio.
Hidrogênio é combustível.
A água contém hidrogênio, mas ligada ao oxigênio. o hidrogênio pode ser liberado da água (por um processo conhecido como dissociação ), você pode usá-lo como combustível. Na verdade, você precisa tornar a água condutora, tornando-a um eletrólito; um processo bastante simples e barato.
Você nem precisa do oxigênio da água; oxigênio suficiente está disponível gratuitamente na atmosfera.
No cerne da promessa do hidrogênio estão duas qualidades essenciais.
Primeiro, os suprimentos dele são virtualmente ilimitados. Por ser um elemento primário constituinte da água, um método econômico de extração é a única coisa necessária para produzir oceanos literais de energia.
Em segundo lugar, a queima de hidrogênio não prejudica o meio ambiente. Simplesmente retorna o gás à forma de água .
O hidrogênio também é um meio flexível exclusivo para o armazenamento e distribuição de energia. É facilmente convertido em eletricidade por meio do uso de uma célula de combustível, e a eletricidade pode ser transformada em hidrogênio pela eletrólise da água.
Transmitido por gasodutos semelhantes aos usados para gás natural, pode transportar energia de grandes usinas remotas para casas e fábricas individuais como a eletricidade faz agora, mas com eficiência muito maior.
E ao contrário da eletricidade, o hidrogênio pode ser mantido em tanques para abastecer veículos ou para armazenar energia por períodos de p eak demand.
Nas palavras de Peter Hoffman, editor e editor da The Hydrogen Letter : “O hidrogênio é o combustível no final de a linha quando todo o resto foi esgotado, considerado impraticável ou ambientalmente questionável. “
Para a maioria das pessoas, a palavra hidrogênio imediatamente evoca o espectro do Hindenburg dirigível, explodindo no interior de Nova Jersey.
▲ O modelo LZ-129 Hindenburg queimando em Lakehurst, New Jersey
No entanto, uma análise mais objetiva revela que o hidrogênio não é mais perigoso do que outros materiais inflamáveis usados como combustíveis, e até tem algum vantagens de segurança significativas.
Ironicamente, um caso em questão é o próprio incidente de Hindenburg .
Embora tenha explodido centenas de de pés acima do solo, 62 dos 97 passageiros da aeronave sobreviveram, em parte porque o lightwei O gás luto subiu para longe da nave enquanto ela queimava e foi consumido em uma explosão relativamente breve.
O querosene combustível de jato teria se agarrado aos destroços e queimado furiosamente por um longo tempo, provavelmente matando todos na vizinhança.
Ainda assim, o Hindenburg continua sendo um obstáculo real para a aceitação do hidrogênio entre o público em geral.
De um ponto de vista prático, no entanto, os problemas reais têm a ver com engenharia e economia.
Em um novo desenvolvimento importante na eletrólise da água, uma folha fina semelhante a plástico é na verdade o eletrólito, um sólido material polimérico que é um condutor de íons muito melhor do que o eletrólito de hidróxido de potássio líquido usado com água na eletrólise convencional.
O resultado? Mais hidrogênio para a mesma quantidade de energia elétrica usada.
É apenas um dos vários avanços que estão sendo feitos no campo da produção de hidrogênio.
Outros incluem:
• Um sistema de eletrólise que divide a água quando o sol incide sobre seus eletrodos .
• Um elemento ctrolysis processo que usa carvão em pó e água, exigindo apenas metade da quantidade de eletricidade necessária na eletrólise convencional. • Organismos biológicos e materiais que dividem a água quando expostos à luz solar.
• Ciclos termoquímicos que induzem a separação da água por meio do calor intenso.
Por que toda a pesquisa intensiva sobre a produção de hidrogênio?
Duas razões.
Uma, o hidrogênio é amplamente usado industrialmente como matéria-prima química para muitos processos de fabricação. Hoje em dia, a maior parte do hidrogênio vem do gás natural e do petróleo, que são relativamente escassos.
Dois, quando esse suprimento escasso acabar, precisaremos de outras fontes de hidrogênio e outras fontes de combustível. Felizmente, o cofre da natureza contém um suprimento virtualmente inesgotável de hidrogênio. Só precisamos encontrar a combinação para desbloqueá-la.
Setenta e cinco por cento da superfície da Terra está coberta de água.
Cada molécula de água tem dois átomos de hidrogênio e um de oxigênio.
Se pudermos aprender a extrair economicamente o hidrogênio preso naquela água, nossas preocupações com o combustível acabarão.
O hidrogênio é um combustível melhor do que a gasolina.
Livre de poluição, ele se transforma em água quando queimado.
Ele embala mais energia por quilo do que qualquer combustível – por exemplo, 19.000 Btu de energia térmica potencial para um quilo de gasolina, 61.000 para meio quilo de hidrogênio líquido.
O maior problema que impede a economia do hidrogênio é o custo.
Esses dois átomos de hidrogênio são muito amigáveis com o átomo de oxigênio.
Dividi-los consome energia.
Com a eletrólise da água – a forma comercial padrão de dividir a água, usada por décadas – essa energia vem de eletricidade cara.
“Eletrolítico hidrogênio hoje custa cerca de $ 15— $ 25 por milhão de BTU “, diz Al Mezzina do Laboratório Nacional de Brookhaven. “A gasolina é algo como $ 6— $ 8 por milhão de BTU.”
Devido ao seu custo, o hidrogênio eletrolítico constitui apenas cerca de um por cento de todo o hidrogênio produzido.
É usado quando especialmente puro o hidrogênio é necessário – no processamento de metal e nos processos de fabricação de semicondutores, por exemplo.
Mas o futuro não é totalmente sombrio.
Alguns ou todos os sistemas mencionados podem um dia desempenhar um papel papel importante na produção de hidrogênio.
Dê uma olhada neles.
Avanços na eletrólise
A eletrólise convencional aplica uma voltagem DC em dois eletrodos submersos em uma solução de água e hidróxido de potássio. Quando a corrente flui, ocorre uma troca de íons e elétrons entre os eletrodos. Os átomos de hidrogênio se acumulam no eletrodo negativo (cátodo) e os átomos de oxigênio no eletrodo positivo (ânodo). Um separador entre os eletrodos separa os gases.
Hoje, pesquisadores e cientistas de Brookhaven estão trabalhando em um sistema experimental que é semelhante a um sistema de eletrólise convencional, exceto que elimina a necessidade de eletricidade produzida pelo homem. Tal como acontece com a eletrólise convencional, o sistema usa dois eletrodos. A diferença é que o ânodo é um semicondutor especial sensível à luz feito de óxido de ferro.
“Ele é revestido com uma fina película de dióxido de titânio para evitar que corroa em sua solução de água e hidróxido de potássio, “diz o Dr. Chiang Yang, um dos cientistas envolvidos no experimento. Quando a luz solar incide sobre o sistema, um potencial elétrico é criado no ânodo, fazendo com que a corrente flua. Uma troca de elétrons e íons ocorre, da mesma forma que acontece em um sistema de eletrólise convencional.
“Você pode pensar no que acontece no ânodo dessa maneira”, explica Yang. “Quando a luz do sol atinge o eletrodo semicondutor, alguns elétrons ficam altamente excitados e mudam de posição, como se fossem indivíduos em um teatro se levantando para deixar outras pessoas sentarem. Isso deixa buracos a serem preenchidos. Outros elétrons da água se movem para ocupar os buracos, o que resulta na divisão da água.Mas às vezes os elétrons excitados voltam para os buracos que desocuparam antes que outros elétrons da água possam entrar, como se muitas das pessoas no teatro se levantassem, pensassem melhor e voltassem a sentar-se. Este é um movimento desperdiçado, que não produz nada além de calor. Chamamos isso de recombinação. Queremos reduzir a recombinação ao mínimo, o que é outra maneira de dizer que queremos aumentar nossa eficiência. “
Até agora, o sistema existe apenas como um pequeno modelo de laboratório.
Diminuindo a taxa de recombinação é apenas um dos muitos problemas que devem ser resolvidos antes de progredir além desse estágio.
E o Dr. Yang adverte contra o otimismo indevido. “No esquema geral da fotoeletrólise, o que fizemos foi não é um avanço “, diz ele.” Mas é um passo importante ao longo do caminho para o desenvolvimento de células fotoeletrolíticas práticas. No entanto, este e outros sistemas semelhantes que usam luz solar e eletrodos semicondutores devem ser explorados completamente. Se pudermos resolver os bugs , eles podem desempenhar um papel significativo na produção de hidrogênio. “
Uma abordagem fotoquímica experimental para eletrólise também está sendo buscada por um grupo da Caltech, liderado pelo Prof. Harry B. Gray. Os experimentadores não usam eletrodos sólidos, mas sim uma molécula única feita pelo homem (um complexo orgânico com o metal ródio em seu núcleo). Quando dissolvido em água e exposto à luz solar, o produto químico divide as moléculas de água, liberando hidrogênio. “É muito cedo para dizer se isso será comercialmente prático”, disse a Dra. Virginia Houling, membro da equipe de pesquisa de Gray. “Estamos no topo da tecnologia com esses sistemas.”
Harry B. Gray | www.cce.caltech.edu
Outra abordagem promissora para a eletrólise é o sistema de eletrólito sólido GE desenvolvido em Wilmington, Massachusetts. O material de polímero sólido é 10 mils de espessura e é revestido em ambos os lados com uma fina película de material de eletrodo. “Este sistema é importante de várias maneiras”, diz Jack Russell, gerente de programa da GE para programas de eletrólise de eletrólito de polímero sólido. “É mais eficiente do que o convencional comparável sistemas, o que essencialmente significa que você pode produzir mais hidrogênio com a mesma quantidade de eletricidade. E não usa eletrólitos líquidos cáusticos. “
Outro sistema de eletrólise ainda está nos estágios experimentais iniciais na Universidade de Connecticut. O professor Robert Coughlin usa um eletrolisador convencional e uma solução aquosa de hidróxido de sódio ou ácido. Mas ele também adiciona carvão em pó fino – o tipo de carvão que as concessionárias de eletricidade queimam para suas turbinas. O carvão em pó tem o efeito interessante de reduzir em 50 por cento a quantidade de eletricidade necessária para produzir uma determinada quantidade de hidrogênio. O carvão se oxida e é consumido no processo, mas a energia gerada pela oxidação reduz a quantidade de energia elétrica necessária para a eletrólise.
Quais serão os resultados finais de seu trabalho de laboratório inicial, Coughlin não tem certeza.
“Mas quando você tem a possibilidade de reduzir os custos com eletricidade em 50 por cento”, diz ele, “é preciso verificar. E temos vastos suprimentos de carvão. “
Poucos especialistas duvidam que alguma forma de eletrólise, talvez várias formas em diferentes regiões, acabará desempenhando um papel importante na produção de hidrogênio.
Por exemplo, diz Brookhaven “s Mezzina,” à medida que a pesquisa em células fotovoltaicas se desenvolve a ponto de serem baratas e práticas, os eletrolisadores no Cinturão do Sol podem ser alimentados por células solares. Em áreas onde não há muito sol mas com abundância de energia hidrelétrica, as usinas hidrelétricas podem fornecer energia que divide a água. Em outros lugares ainda, as usinas nucleares podem fornecer eletricidade. “
Dividindo água com calor
Usinas nucleares também poderia fornecer calor para uma abordagem diferente de separação da água – dissociação termoquímica.
Os pesquisadores sabem há muito tempo que se a água for aquecida a 3.700 graus F, ela se divide espontaneamente em oxigênio e hidrogênio.
Existem problemas com este método, embora – não menos importante deles é a falta de materiais de contêiner que podem suportar tais temperaturas por um período sustentado.
Além disso, não há maneira prática de obter tais temperaturas.
No entanto, se certos compostos inorgânicos são adicionados à água – dióxido de enxofre e iodo, por exemplo – a água se quebra por meio de uma série de reações químicas a uma temperatura muito mais baixa: 1.400 graus F.
Ao final do processo, os compostos inorgânicos são regenerados, e o processo está pronto para ser reiniciado. Ainda altamente experimental, o os ciclos mquímicos usados até agora derivaram seu calor de fornos de laboratório convencionais.
“Ainda estamos a anos de uma conexão real com um reator nuclear”, disse o Dr. Giovanni Caprioglio, gerente de química da General Atomic Corp. em San Diego, Califórnia.
A General Atomic é uma das líderes em pesquisa termoquímica.
Um problema é que o único tipo de reator que pode fornecer calor na temperatura de 1.400 graus necessária é o refrigerado a gás reator nuclear “. E há apenas dois deles trabalhando no mundo”, diz Caprioglio. “Um fica no Colorado e o outro na Alemanha.”
O calor de um coletor solar também pode funcionar. Georgia Tech construiu um coletor solar que é capaz de fornecer o calor necessário. “Mas a eficiência pode não ser tão grande como seria com um reator nuclear”, diz Caprioglio.
“Neste ponto, ninguém pode dizer com certeza absoluta que, mesmo que os problemas técnicos (como como os materiais resistentes ao calor) são resolvidos, podemos trazer o custo e a eficiência a um nível razoável “, diz Caroline Mason, dos Laboratórios Científicos Nacionais de Los Alamos, onde pesquisas também estão sendo feitas em ciclos termoquímicos. “Mas devemos perseguir para descobrir.”
Caprioglio concorda. “Se tudo correr conforme o planejado”, diz ele, “haverá alguns processos de demonstração de engenharia química substanciais e” começaremos a coletar dados e registrar alguns números sérios de eficiência e análise de custos “.
Divisão biológica da água
Existem criaturas na Terra que dividem a água sem eletricidade, calor, alta tecnologia ou esforço. Elas são, de Claro, as plantas verdes. Usando o composto esverdeado, clorofila, eles capturam a energia da luz do sol para transformar água e dióxido de carbono no oxigênio que respiramos e compostos ricos em energia contendo carbono, hidrogênio e oxigênio – os carboidratos.
O processo, a fotossíntese, é a base da maior parte da vida na Terra.
Essa observação estimulou alguns pesquisadores a seguir o que é provavelmente o mais exótico – e distante – de todos os caminhos experimentais para divisão da água: modificar o “próprio processo fotossintético das plantas para que o hidrogênio seja liberado, ao invés de preso em carboidratos taxas.
No Laboratório Nacional de Oak Ridge, os pesquisadores estão investigando o uso de cloroplastos de espinafre (as estruturas semelhantes a discos onde a fotossíntese ocorre em plantas verdes) e algas de água doce para gerar hidrogênio. O Dr. Elias Greenbaum, do Oak Ridge Lab, disse: “Há uma chance de que a produção fotobiológica de hidrogênio possa ocupar seu lugar entre as novas fontes de energia que foram e serão desenvolvidas quando os combustíveis fósseis se tornarem muito caros ou indisponíveis”. / p>
Ninguém pode realmente prever qual será o resultado de toda essa pesquisa.
Muitos cientistas e pesquisadores no campo da produção de hidrogênio expressaram fortemente dois temas:
1) Devemos explorar todas as áreas possíveis de produção de hidrogênio, mesmo que muitas se mostrem muito caras, ineficientes ou impraticáveis. Essa é a única maneira de conseguir um progresso real.
2) O hidrogênio será seja o combustível do futuro.
As únicas questões são quando e como será produzido.
Como seria de se esperar, essas duas últimas questões levantaram divergências consideráveis entre os especialistas, mas menos do que o esperado.
A maioria concorda que levará mais 20 anos antes de vermos o hidrogênio fazendo qualquer contribuição significativa para a imagem de energia. Calvin diz: “Dentro de 25 anos, 10 por cento dos EUA estarão na chamada economia do hidrogênio.”
O hidrogênio é o combustível mais promissor para o futuro. Todos os especialistas acreditam que aprenderemos a produzi-lo economicamente. A pergunta que ninguém pode responder, porém, é quando.
Muito mais pesquisas são necessárias.