Проблемы и мощность, необходимые для производства пригодного для использования железа из оксида железа на поверхности Марса?

Полезное железо — это не чистое металлическое железо, это железо с нужным количеством углерода. Слишком мало углерода — железо слишком мягкое, слишком много — железо слишком твердое и хрупкое.

Немного других металлов, таких как марганец (самый распространенный), никель, хром, молибден, ванадий, кремний и бор. Менее распространенные сплавы включают алюминий, кобальт, медь, церий, ниобий, титан, вольфрам, олово, цинк, свинец и цирконий. Слишком много серы может быть плохо.

Какие сплавы нужны, зависит от применения, универсального сплава, подходящего для всех применений, не существует. Как писал Джон Кастер, существуют сплавы, охватывающие широкий спектр применения.

То же самое относится и к алюминию, чистый алюминий тоже слаб.

Как уже отмечалось в других ответах, простое отделение кислорода от железа не дает ИСПОЛЬЗУЕМОГО железа - для этого вам нужно содержание углерода. Я уверен, что есть и другие работоспособные подходы к этому, но вот один из них:

Чтобы получить элементарное железо:

1. Добывать воду из марсианских колодцев
2. Разделите воду с помощью гидролиза и захватите H2.
3. Добывайте марсианский реголит и отделяйте его в барабане, чтобы снизить уровень примесей до приемлемого уровня.
4. Прореагируйте с ним водород, а-ля эта статья .

Чтобы получить элементарный углерод:

1. Добывать CO2 из марсианской атмосферы.
2. Отделите C от O2, как хотите, включая создание метана из водорода на шаге 1, а затем отделите его с помощью термолитического катализа или просто с помощью какого-либо устройства, подобного MOXIE .

Соедините их в надлежащих мерах и расплавьте. Как отмечали здесь другие, вам понадобится ядерная энергия для более чем одной части этого процесса.

Конечно, это наихудший сценарий — вы, возможно, сможете найти руду со значительным содержанием углерода. Это документирует многие детали разделения железа, которые описаны в связанной статье, но это широкий подход, который я считаю работоспособным.

Ни на одной из известных планет, кроме Земли, нет ни кислорода, ни ископаемого топлива для получения энергии, поэтому Марсу потребуется либо что-то вроде электрических солнечных батарей, либо ядерное топливо для получения энергии. Если вы говорите о ядерной энергии, вам нужно будет найти жизнеспособные урановые и ториевые руды, использовать какие-то запасы энергии для их очистки, а затем это может стать отправной точкой для дополнительных источников энергии для создания солнечных батарей или добычи и очистки большего количества урановых руд. .

В какой-то момент эта энергия может быть использована для таяния части полярных ледяных шапок для охлаждения реакторов, а также для заполнения и обогрева больших изолированных камер и каверн водой и углекислым газом для пищевых продуктов. Что касается освещения для растений, неясно, может ли искусственное освещение области, изолированной от холодной марсианской среды, быть лучше, чем пытаться создать что-то прозрачное для солнечного света, но все же способное изолировать от экстремального холода Марса. Вероятно, часть прямого тепла от стержней можно было бы направить в альтернативную высокотемпературную камеру для металлургии, но не очевидно, что что-то вроде электролиза алюминия в любом случае может быть лучше.

На Земле наиболее стандартный способ восстановления железа включает использование ископаемого топлива и кислорода.

На другой планете, где они недоступны, не исключено, что восстановление других металлов потенциально может быть более благоприятным из-за необходимости альтернативных методов.

Неясно, может ли Луна или астероид вроде Цереры или что-то вроде Фобоса быть лучше Марса из-за более низких гравитационных колодцев или Меркурия из-за солнечной энергии. Что касается Венеры, то я читал о возможности запуска воздушных шаров очень высоко в атмосфере, где атмосферное давление больше похоже на земное, наполненных кислородом в качестве подъемного газа, но я бы не хотел падать с воздушного шара.

Марс, однако, занимает очень высокое место в списке пригодности для жизни после Земли, как для роботов, людей, так и для генетически модифицированных интеллектуальных организмов, предназначенных для противостояния космическому вакууму.

Игнорирование вопроса о получении конкретных сплавов, поскольку это сложный вопрос, общий для всех ответов, данных до сих пор, и за пределами моего знания ...

Что вы хотите использовать, так это: https://en.m.wikipedia.org/wiki/FFC_Cambridge_process

Электролиз железной руды на ванне с жидкой солью. Преимущества: более низкие рабочие температуры, чем в плавильном цехе (900 °C по сравнению с 1200 °C), отсутствие необходимости иметь дело с водородом (дегазация, риск взрыва), отсутствие необходимости улавливания пара, образующегося при восстановлении водорода. Нет необходимости извлекать водород из воды.

Черт возьми, подумайте - процесс Сабатье для получения метана из CO2 не дает достаточного количества кислорода для сжигания метана. Зачем тратить водород на производство железа, если вы можете превратить производство железа в производственный процесс, чтобы вернуться домой?

Теплота образования оксида железа из элементов составляет примерно -825 кДж/моль, на каждый моль приходится около 160 г оксида железа (III).

https://janaf.nist.gov/tables/Fe-030.html

2 Fe + 3/2 O2 -> Fe2O3

Таким образом, обратная реакция дает 1,5 моля газообразного кислорода из 160 г оксида железа, что составляет около 48 г кислорода.

Любой процесс, который использует оксид железа и производит из него элементарное железо и кислород, должен оплачивать как минимум эти затраты энергии. Температура разложения оксида железа составляет около 1539 °C, поэтому тепловые потери будут важным фактором в любой печи, в которой пытаются разделить оксид железа на составляющие его элементы.

Легирование железа, которое вы производите, является небольшой проблемой, легирующие компоненты обычно находятся в таких небольших количествах, что вы можете принести их с Земли, если их нельзя удобно производить на месте.