Скорость производства электролиза

Учитывая интерес к использованию лунной воды для производства топлива, как вы рассчитываете производительность для электролитического разложения и сжижения воды в криогены? Возникает вопрос: как рассчитать необходимую мощность?

Спасибо Deer Hunter за эту ссылку! Это, вероятно, самое понятное обсуждение предмета (учитывая, что я «проблемный физик»), которое я когда-либо видел.

Ответы (1)

Я полагаю, что для электролиза потребуется не менее 286 000 джоулей на моль воды. См. эту статью в Википедии . Моль воды даст ~ 16 граммов кислорода и ~ 2 грамма водорода.

Таким образом, для производства миллиона граммов топлива нам потребуется как минимум (1 000 000/18) * 286 000 джоулей. Это около 15 888 888 889 джоулей на тонну топлива.

Согласно этой статье НАСА , крылья солнечной батареи МКС имеют удельную мощность 32 Вт на килограмм. Солнечная батарея космического корабля Dawn имеет удельную мощность 80 Вт на килограмм. Они считают, что в ближайшем будущем у нас появятся массивы с удельной мощностью 175 Вт на килограмм. Будучи оптимистом, я возьму за удельную мощность нашего источника питания 175 ватт/килограмм.

Чтобы упростить арифметику, возьмем источник питания массой 1000 кг. При 175 Вт на килограмм это будет источник питания мощностью 175 000 Вт. Он выдает 175 000 джоулей в секунду. Вспомним, что нам нужно около 16 миллиардов джоулей, чтобы произвести тонну топлива. 15 888 888 889 джоулей/175 000 ватт = 90 793 секунды, что составляет примерно 1 день.

Таким образом, источнику питания весом в 1 тонну потребуется как минимум 1 день, чтобы произвести тонну топлива (пожалуйста, проверьте мою арифметику, я иногда ошибаюсь).

Если есть пригодные для добычи лунные летучие вещества, они, вероятно, будут находиться в постоянно затененных областях на дне полярных кратеров. Эти регионы уже очень холодные — от 30 до 40 градусов по Кельвину. Я полагаю, что это было бы достаточно холодно, чтобы хранить кислород с небольшим испарением. Но водород нужно охладить примерно до 20 К.

Оказавшись на Земле, Луне, Лагранже 1 или 2 (EML1 или 2), Луна и Земля находятся на приличном расстоянии от депо. Солнце является основным источником тепла, о котором нам нужно беспокоиться. Конический экран с многослойной изоляцией (MLI) может блокировать солнце и оставлять депо открытым для космоса с температурой около 3 Кельвинов. Выкипание водорода может быть использовано для поддержания станции. В этом документе ULA утверждается, что у нас могут быть склады криогенного топлива с приемлемой скоростью выкипания.

Таким образом, нам понадобится массивный источник энергии для производства лунного топлива с хорошей скоростью. На мой взгляд, это одно из самых больших препятствий для лунного топлива ISRU. Но я не думаю, что это шоу-стоп.

Это было очень полезно. Мне интересно, если источник энергии в вашем примере составляет тонну, как вы думаете, какой будет масса оборудования для электролиза и сжижения для такого же уровня производства?
Сложно сказать. И помимо оборудования, которое вы упомянули, потребуется фракционная перегонка: в дополнение к водяному льду лунные летучие вещества, вероятно, также будут содержать углекислый лед, аммиачный лед, формальдегид и другие летучие вещества. Вам потребуются экскаваторы и самосвалы, способные работать в PSR, где нет солнечной энергии. Довольно сложное мероприятие! Я потратил некоторое время и усилия, изучая его, но я все еще не решаюсь оценить требования к массе лунной метательной мины.
Я дам ссылку на оценку Спудиса и Лавуа того, что потребуется для запуска метательной лунной шахты: spudislunarresources.com/Papers/Affordable_Lunar_Base.pdf Предостережение : Спудис — лунный фанатик, поэтому, возможно, его оценки оптимистичны.
Скорость производства электролиза
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v