Долгосрочные перспективы цивилизации: сингулярность или коллапс

[AlexAV]

К тому же торий в случае дифицита ресурсов выглядит интереснее, поскольку для ториевых реакторов не нужны какие то дорогие легированные марки сталей.

Э... С чего это? Ториевый реактор строго говоря - это просто реактор с тепловым спектром нейтронов и хорошим нейтронным балансом. Это или жидкосолевик - а там с материалами совершенный кошмар, единственный металл (ну не считая какого-нибудь иридия) который эту адскую смесь вообще хоть как-то выдерживает - хастеллой. А это никель легированный кобальтом, хромом, молибденом и вольфрамом.  В том варианте, который для реактора пробовали применять - был ещё и ниобий. Или тяжеловодник с очень хорошим нейтронным балансом, а тут без циркония легированного ниобием никак не обойтись (для циркония ниобий лигатура совершенно обязательная, плюс желательно ещё олово, если сам цирконий ещё не такое бедствие, то ниобий и олово - проблема). С быстрыми реакторами на уране даже в чём-то попроще. Для натриевых можно обходиться чем-то вроде 10Х2М (http://www.splav-kharkov.com/mat_start.php?name_id=800) и ЧС68 (http://www.auremo.org/materials/stal-06h16n15m2g2tfr-chs68.html) из важных лигатур там хром, никель и немного молибдена (10Х2М с ЧС68 - неидеальные сплавы, с ним были проблемы, поэтому в БН-1200 предлагается перейти на сплавы с более сложными схемами легирования, но в целом, как показывает опыт БН-600, как-то работает и так).

Опять же чисто с торием без подпитки делящимися материалами от быстрого реактора на уране с КВ>1 вообще ничего не получится. Для реалистичных глубин выгорания КВ у тория получается меньше 1.

[AlexAV]

Потому что, среда не сильно агрессивная в сравнении с быстрыми реакторами, как по температуре так и по теплоносителю.

Смотря каком. В жидкосолевике -ещё хуже. В каком-нибудь тяжеловоднике - проблем с коррозией меньше, но появляется проблема необходимости обеспечения очень низкой потери нейтронов в конструкции, а это полностью исключает возможность использовать сталь в АЗ (любую). Только циркониевый сплав и ничего более. А цирконий - не железо, явно куда более редкий элемент (хотя тоже не самый проблемный), плюс лигатуры к нему нужны интересные...

[MenFrame]

а тут без циркония легированного ниобием никак не обойтись (для циркония ниобий лигатура совершенно обязательная, плюс желательно ещё олово, если сам цирконий ещё не такое бедствие, то ниобий и олово - проблема).

Есть идеи использовать изотоп-модифицированный молибден. Заодно теплофизические показатели реактора подтянут.
https://triboona.ru/exclusive/46919-uchenye-iz-rossiyskogo-yadernogo-instituta-predlozhili-izgotavlivat-tvely-iz-molibdena.html

[AlexAV]

Есть идеи использовать изотоп-модифицированный молибден. Заодно теплофизические показатели реактора подтянут.
https://triboona.ru/exclusive/46919-uchenye-iz-rossiyskogo-yadernogo-instituta-predlozhili-izgotavlivat-tvely-iz-molibdena.html

Молибден - довольно редкий элемент, куда более редкий, чем хром, никель, цирконий, не говоря уж о железе. А тут его ещё потребуется много, т.к. упомянутого Mo-100 в природной смеси всего 9,63%. Такой молибден скорее всего по эксплуатационным свойствам будет лучше сплавов циркония, вот только в плане обеспеченностью ресурсами этот вариант ничем не лучше традиционных циркониевых сплавов (точнее куда хуже, проблемных ниобия и олова в циркониевых сплавах ~1-2%, а тут всё целиком будет состоять из весьма дефицитного молибдена).

[crazy_terraformer]

Подумал о кимберлите и лампроите в качестве источников хрома и никеля, благо уже измельчённые в виде отвалов после извлечения алмазов они имеются.
Лампрои́ты
 

Лампрои́ты (магмати́ческие го́рные поро́ды лампрои́товой се́рии) — общее название для серии богатых лейцитом и санидином щелочных магматических горных пород от ультраосновного до среднего состава

http://wiki.web.ru/wiki/Лампроит

(кликните для показа/скрытия)

Материал из GeoWiki - открытой энциклопедии по наукам о Земле.

(англ. lamproite) – общее название для группы богатых лейцитом и санидином вулканических пород. Термин введен П.Ниггли в 1923 г. для выделения группы пород с высоким содержанием калия и магния. Для этой группы характерны низкие содержания кальция, алюминия, натрия и экстремально высокие содержания рассеянных элементов. Название лампроит было дано от греческого «лампрос» - блестящий из-за характерных для этой группы вкрапленников флогопита. Лампроиты содержат магнезиальный оливин, флогопит, диопсид, лейцит, санидин, рихтерит, а также специфические минералы вадеит, прайдерит. Образуют незначительные по объему тела, дайки и трубки, которые легко подвераются разрушению и выветриванию. Описаны лампроитовые лавы и лампроитовые туфы.

Существует только 24 области в мире с находками лампроитов, их суммарный объем не превышает 100 км3.

(кликните для показа/скрытия)

При этом, лампроиты встречаются и на древних платформах и в складчатых поясах. Они имеют широкий диапазон возрастов от 1.4 млрд. лет до 56 тыс. лет. Образование лампроитовых магм связывается с частичным плавлением литосферной мантии на глубинах более 150 км. Лампроиты часто содержат большое количество глубинных ксенолитов перидотитов и эклогитов. В 1979 году в Западной Австралии были найдены богатейшие месторождения алмазов, связанные с лампроитами. Месторождение трубки Аргайл обладает самыми большими запасами алмазов в мире. Только около 5% алмазов из лампроитов могут быть использованы в ювелирной промышленности, остальные используются в технических целях. При этом, трубка Аргайл является главным источником редких розовых алмазов.

Типоморфные минералы лампроитов по (Mitchell & Bergman, 1991):

    Титанистые (2-10 wt% TiO2) бедные алюминием (5-12 wt% Al2O3) фенокристы флогопита
    Титанистый (5-10 wt% TiO2) пойкилитовый тетраферрифлогопит в основной массе
    Титанистый (3-5 wt% TiO2) калиевый (4-6 wt% K2O) рихтерит
    Высокомагнезиальный оливин (Fo>90)
    Бедный алюминием (<l wt% Al2O3) и натрием (<l wt% Na2O) диопсид
    Нестехиометричный богатый железом (1-4 wt% Fe2O3) лейцит
    Богатый железом санидин (1-5 wt% Fe2O3).

При этом, в лампроитах необязательно присутствие всех этих минералов одновременно.

Первичные плагиоклаз, мелилит, монтичеллит, кальсилит, нефелин, богатый натрием щелочной полевой шпат, содалит, нозеан, гаюин, меланит, шорломит, кимцеит не встречаются в типичных лампроитах.

Лампроитов 100 км3 в сумме от ультраосновного(более богатого хромом и никелем) до среднего состава - маловато. Я не смог найти объём  кимберлитов.

[Kaiserfrogling]

А фтор - элемент достаточно проблемный (не столько даже редкий, хотя это тоже, сколько с неблагоприятной геохимией). Без алюминия мы конечно из-за этого не останемся, однако придётся работать по более сложной цепочке:

Кстати если кому-то интересны подробности альтернативных технологии получения алюминия:
http://elib.sfu-kras.ru/handle/2311/811

[noxx77]

Есть мнение, со свободным "роботом", который не является нам прямым конкурентом и не покушается на наш кислород и наших баб, успешно договориться можно.

Как пример антиутопии могу предложить мир, где робо-партнёра вменяют в обязанность для вящей социализации. Или как сейчас используется традиционное разделение гендерных ролей: баба контролирует мужика, чтобы деньги домой нёс, а мужик - чтобы баба стирала и рожала.

[Kaiserfrogling]

А что мы там обходим?

Много что.
Технических помех в термояде очень много.
Давайте вспомним сколько из них было обойдено с начала века?
1. Райдер с Невинсом ныли что куспинг (а уже тем более wiffleball)  в электростатике невозможны.
В 2012 году кусп был был экспериментально подтвержден.
2. Райдер ныл, что в жестком режиме частицы будут разбиваться об опоры, а мягкий режим никогда не окупится по энергии.
Митчелл доказал что он не прав в обоих случаях
3. Левитирующий диполь может сбрасывать тритий, чтобы снизить жесткие нейтроны (а тритий постепенно превращается в гелий-3)
Недавно выяснилось что у него есть режим работы в котором он сбрасывает и слишком горячие электроны, в этом режиме он может жечь и бор

[Rattus]

Нужно отметить, что также почти количественно вместе железом будет отделяться и марганец (железовосстанавливающие бактерии способны восстанавливать и четырёхвалентный марганец).

И он, возможно, очень даже пригодится в технологиях ресурснодефицитного энергоизвлечения:
https://nplus1.ru/news/2019/04/24/inorganic-photocurrent

[crazy_terraformer]

Ключевой вопрос - возможно ли будет превысить предел выплавки металла на человека в районе 20 кг - этот предел тут не раз упоминался.

Вообще вопрос источников железа и затрат для его получения крайне интересен! Т.е. понятно, что железо на планете Земля закончиться не может, но в тоже время понятно, что его источником будут не железные руды в современном понимание (это тоже неисчерпаемый ресурс), а какая-то более менее рядовая порода. Причём откуда и как будут получать железо и алюминий (с третьим неисчерпаемым металлом и так всё ясно, фильтрация морской воды через известь + остаточные рапы производства соли, оба источника опробованы промышленностью и имеют приемлемые экономические показатели, тут ничего придумывать не надо) очень будет зависеть и список побочных компонент, которые удастся получить.

Какие тут могут быть варианты.

1) Биохимическое выщелачивание из глин. Ряд анаэробных бактерий могут восстанавливать трёхвалентное железо до двухвалентного легко подвижного в слабокислой среде. При этом ряд штаммов могут расти на ацетате. Это позволяет предложить следующую схему. Глину заливаем разбавленным раствором уксуса с добавлением ацетата аммония и помещаем в закрытый бассейн (без доступа кислорода), ну и добавляем немного «закваски» с нужным штаммом.

В результате там идёт процесс:

Fe2O3 +19/4 CH3COOH = 2Fe(CH3COO)2 + 5/2H2O + 3/2CO2

Далее перекачиваем рассол в аэрируемый бассейн, где двухвалентный ацетат железа окисляется до трёхвалентного ацетата железа, который выпадает в осадок:

2Fe(CH3COO)2 + 1/2O2 + H2O = 2Fe(OH)(CH3COO)2

Основной ацетат железа дальше можно использовать как высококачественное сырьё для производства железа. Приятной его особенностью является то, что восстановительных газов, которые будут получаться при его пиролизе будет достаточно для восстановления железа до металла. Т.е. кокс вообще не потребуется (точнее только очень небольшое его количество для легирования железа углеродом). Однако ключевым сырьём будет уксусная кислота. На получение тонны железа будет расходоваться ~2,2 тонн на сам процесс, плюс ещё потребуется ~ 100 кг серной кислоты для нейтрализации карбонатов (ну или соляной, но серной лучше, чтобы осадить кальций в виде малорастворимого сульфата).

Получение уксусной кислоты возможно биохимически:

(C6H10O5)n + nH2O = C6H12O6 (гидролиз крахмала)
C6H12O6 = 2С2O5OH + 2CO2 (спиртовое брожение)
С2H5OH + O2 =CH3COOH + H2O (уксуснокислое брожение)

Таким образом на 1 тонну железа без учёта потерь будет уходить около 3 тонн крахмала или около 4,3 тонн кукурузы (при содержание крахмала 70%).

Нужно отметить, что также почти количественно вместе железом будет отделяться и марганец (железовосстанавливающие бактерии способны восстанавливать и четырёхвалентный марганец).

Плюсы подхода:
- Не требуется кокс (почти, то что идёт на легирование совсем мелочь).
- Довольно простое техническое оформление, среды хоть и довольно коррозионно-активные, однако на стадии выщелачивания нет ни высоких температур, ни высоких давлений. Это позволяет обойтись довольно простыми материалами (керамический кирпич, полиэтиленовые листы, трубы и ёмкости) не требующих дефицитных материалов.
- Попутно извлекается марганец (почти полностью).
- Также извлекается кислоторастворимая часть тяжёлых металлов (меди, никеля, цинка и некоторых других). Данные металлы извлекаются не полностью, но хоть что-то. Их можно затем извлекать из отработанного рассола.

Минусы:
- Нужно расходовать пищевые продукты на технологические цели.
- Набор попутных компонент не очень большой и извлекаются они (кроме марганца) не полностью.

Теперь лимиты. Ограничение очевидно — это объём производства крахмала. Сейчас производство зерновых в мире 2,5 млрд. т. Положим, что с учётом всех фосфорных проблем будет в два раза меньше, т. е. 1,25 млрд.т. Далее и везде будем принимать, что на одну задачу (т. е. скажем получение железа) может уходить не более 10% располагаемого ресурса. Задач и потребностей ведь много и затраты на них суммируются. Тогда около 125 млн. т. зерна можно пустить на производство железа. С учётом сделанной оценки 4,3 т зерна/ тонну железа это даст 29 млн. тонн железа. Плюс надо будет изыскать дополнительно ~290 тыс.т. серной кислоты. Если оценить численность населения как 5 млрд., то получается ~5,8 кг/человека. В общем этот способ много металла не даст. Хотя тот что даст скорее всего по достаточно разумной цене.

(продолжение следует, тут можно предложить минимум четыре осмысленных способа извлечения железа из рядовой породы, это был первый).

Таки решением может быть выращивание симбиотических сообществ одноклеточных водорослей и цианобактерий, литофилов-анаэробов и аэробов в пустынных районах Мирового Океана и в прибрежных пустынях в герметичных объектах, поступающая морская вода и воздух фильтруются от активных видов-жнецов, хотя бы от многоклеточных, если нельзя от одноклеточных. 
В качестве источника железа, марганца, фосфора используем морской ил в Океане, а в прибрежных пустынях ещё и местные осадочные породы.
Для извлечения элементов из этих субстратов используем литофилы, энергию для переработки минералов они берут из органики продуцируемой фотосинтетиками. Фотосинтетики получают минеральное питание из раствора от литофилов.
Как-то так.
Или можно выращивать указанные фотосинтетики отдельно, сбраживать их биомассу в уксусную кислоту, а уксусной кислотой уже кормить литофилов.

[николай теллалов]

Таки решением может быть выращивание симбиотических сообществ одноклеточных водорослей и цианобактерий, литофилов-анаэробов и аэробов в пустынных районах Мирового Океана и в прибрежных пустынях в герметичных объектах, поступающая морская вода и воздух фильтруются от активных видов-жнецов, хотя бы от многоклеточных, если нельзя от одноклеточных. 

вплоть до полной переделки биосферы в производящую заданное сырье для нужд техносферы (?) - и переработка отходов на все 100%
( а то и полное сих сфер слияние; вряд ли можем четко представить себе такой мир. Тоесть - однозначно сингулярность, непредсказуемость, о чем и тема)

[crazy_terraformer]

Полная переделка биосферы для нужд техносферы не требуется(да и вряд ли возможна, т.к. основную массу биосферы составляют бактерии и археи, которые постоянно мутируют), так как большая часть поверхностных вод Мирового Океана почти безжизненна, да и на суше пустыни можно занять.
Хотя можно создать более продуктивные сорта и виды растений на основе существующих видов растений и ДНК других типов живых организмов, и постепенно интродуцировать их в биоценозы для увеличения численности и разнообразия животных, и наращивания почвенного слоя.

[Проходящий Кот]

А хватит ли для этого дела света, углекислоты и микроэлементов?

[noxx77]

А хватит ли для этого дела света, углекислоты и микроэлементов?

А почему их может не хватить?

[viesis]

Полная переделка биосферы для нужд техносферы не требуется(да и вряд ли возможна, т.к. основную массу биосферы составляют бактерии и археи, которые постоянно мутируют

Основную массу биосферы составляют зеленые растения.

[николай теллалов]

зеленые растения

точно не бактерии?

[ЕАМ.]

Вопрос спорный.
Все зависит от методик подсчета.

[crazy_terraformer]

Полная переделка биосферы для нужд техносферы не требуется(да и вряд ли возможна, т.к. основную массу биосферы составляют бактерии и археи, которые постоянно мутируют

Основную массу биосферы составляют зеленые растения.

https://elementy.ru/novosti_nauki/431591/Naydeny_pervye_mnogokletochnye_predstaviteli_glubinnoy_biosfery

Общая биомасса глубинных бактерий составляет 2/3 всей земной биомассы, разнообразие их не меньше, чем поверхностных микроорганизмов.

Думаю, что Rattus может дать ссылку на статью по новее.

[alena_korf]

( а то и полное сих сфер слияние; вряд ли можем четко представить себе такой ми

Солярис

[николай теллалов]

Солярис

нет ни одного намека в книге на такое происхождение океана