Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[sharp]

Falcon-9

А мозги у него тоже рождены в калифорнии, или из Китая приплывают?

[BlackMokona]

А мозги у него тоже рождены в калифорнии, или из Китая приплывают?

Авионика производится SpaceX.

[sharp]

Авионика производится SpaceX.

Словом "производится" вполне может обозначаться и сборка из забугорных комплектующих...

[BlackMokona]

Словом "производится" вполне может обозначаться и сборка из забугорных комплектующих...

Точно известно, что у Маска есть разработчики занимающиеся разработкой и кастомизацией чипов. Так же в Калифорнии есть заводы микроэлектроники, на которых Маск может размещать заказы.
Плюс довольно старая инфа, но тоже рабочая

Бортовые системы представлены комплексами авионики, которыми оснащаются обе ступени. Большая часть систем разрабатывается и производится в SpaceX, что позволяет снизить их стоимость

http://skyships.ru/?page_id=14341

PS:Ну и можно вспомнить взрывы в СМИ когда находили китайские чипы в критичных сферах США. Уверен, НАСА и ВВС быстро  бы вставило Маску фитиль за использование Китайских чипов. А ULA это дело раструбило бы по всем СМИ и до сих пор не отпускало.

[Nucleosome]

Уверен, НАСА и ВВС быстро  бы вставило Маску фитиль за использование Китайских чипов

любое СМИ видит только то, что заказано, так что уверенность в таких делах - только от лукавого

Любой пруд можно сделать щелочным, для этого нужен только грузовик с содой.

это да, из всех компонентов там только "крепкий зелёный чай" выглядит мутно. нужно его правда не много, но всё равно...

[BlackMokona]

любое СМИ видит только то, что заказано, так что уверенность в таких делах - только от лукавого

У Маска во врагах Локхид, Боинг , Нортроп и самый богатый человек США. И это только его деятельность в SpaceX/ Думаете у этих ребят нету денег на СМИ? 

[Nucleosome]

Думаете у этих ребят нету денег на СМИ?

думаю, что это уже политика

[BlackMokona]

думаю, что это уже политика

Ответ очевиден и без обсуждения. 

[crazy_terraformer]

Диатомеи и цианобактерии выводят фосфор из морской воды.
http://elementy.ru/novosti_nauki/430732/Kuda_ukhodit_fosfor

Американские ученые, определив качественный и количественный состав фосфорных компонентов морского осадка и планктона, выяснили механизмы осаждения фосфора в природных условиях. Они показали, что фосфор — важнейший элемент жизни — выводится из обращения при участии микроорганизмов. Таким образом, подтвердилась гипотеза о биогенном формировании фосфоритовых месторождений.

(кликните для показа/скрытия)

....Фосфор поступает в окружающую среду из земных недр с подземными флюидами и вулканической деятельностью. Далее в форме фосфатов (производных фосфорной кислоты) он утилизируется живыми организмами. Фосфор отмершего органического вещества может возвратиться в круговорот, но в конце концов трансформируется в нерастворимый фосфатный осадок. Состав осадков — нерастворимые соли кальция и марганца (апатиты). И можно даже уже не упоминать, что апатиты — это важнейшие полезные ископаемые, обеспечивающие сырьем химическую промышленность и сельское хозяйство.....
.... Нужно подчеркнуть, что, как это ни удивительно, до настоящего времени нет определенного представления о том, как происходит осаждение фосфатов в природе. Теоретически, в природных условиях — при естественном соотношении ионов, анионов, кислотности — осаждения фосфора происходить не должно. Однако очевидно, что оно происходит — но как?
...Работа проводилась в канадской провинции Британская Колумбия в морском заливе острова Ванкувер, где были взяты пробы планктона, воды и осадка. Во время отбора проб — в апреле 2007 года — наблюдалось бурное цветение диатомовых водорослей Skeletonema. Эти одноклеточные, как и практически все микроорганизмы, накапливают внутри своих клеток гранулы полифосфатов — так называемые волютиновые гранулы. В этих гранулах скапливается до 30–40% от общего запаса фосфора клетки. Полифосфаты формируются из остатков фосфорной кислоты, которые клетка забирает из окружающей среды с затратой энергии. Клетка использует полифосфаты как запасной источник фосфора для построения энергетических молекул.

Таким образом, первая точка концентрации фосфатов — это гранулы волютина внутри клеток. Исследователи измерили количество полифосфатов в воде и внутри диатомовых водорослей и выяснили, что полифосфаты в морской воде — это в большой степени производные клеточной деятельности. Отмирая и опускаясь на дно, клетки переносят полифосфатные гранулы в осадок. Там клетки распадаются, а гранулы (или зерна) волютина субмикронного размера остаются в осадке. Их и зарегистрировали исследователи с помощью рентгеновской спектроскопии: размер полифосфатных зерен в осадке — 0,5–3 микрона, такого же размера и волютиновые гранулы в живых клетках. Так как полифосфаты очень плохо растворяются в морской воде, обратно в круговорот они уже не возвращаются. Время жизни полифосфатов в осадке, как выяснилось при изучении осадочной толщи, не менее 60 лет.

Тем не менее балансовые расчеты количества полифосфатов в воде, водорослях и на поверхности осадка показали, что некоторое количество полифосфатов всё же куда-то исчезает. Вряд ли эта недостача связана с реутилизацией их живыми клетками. Ведь живые клетки диатомовых могут утилизировать только внутриклеточный полифосфат, но не внеклеточный. Гораздо более вероятно, что полифосфаты в осадке постепенно преобразуются в апатиты. Ученым удалось зарегистрировать в осадке переходные, слабо кристаллизованные частицы апатита. Предположительно, именно гранулы полифосфатов становятся подложкой, или матрицей, на которой начинается кристаллизация апатита, постепенно в геологическом масштабе времени приводящая к образованию скоплений апатитов.

Таким образом, американским ученым удалось в природных условиях показать возможность и масштабность биогенного формирования фосфоритов, а также указать на путь, которым выводится фосфор из планетарного круговорота. По мнению американских специалистов, диатомовые водоросли концентрируют фосфор, переводят его в нерастворимую форму и переносят в осадок. Далее геохимические процессы, идущие в морской воде, постепенно приводят к формированию апатитов. Глобальность процесса подчеркивается всесветным распространением диатомовых водорослей.

Нужно, однако, заметить, что диатомовые водоросли появились в ископаемой летописи только в раннем мелу. При этом известны гораздо более древние фосфоритовые месторождения и отложения, например раннекембрийские (540 млн лет) месторождения фосфоритов в озере Хубсугул в Монголии. А ведь диатомей тогда еще не было!

Как следует из списка литературы в конце публикации в Science, специалисты из США незнакомы с исследованиями российских микробиологов, изучавших механизмы биогенного осаждения фосфатов еще 10–15 лет назад. Ученые из институтов микробиологии РАН и палеонтологии РАН в ряде публикаций изложили описанный выше механизм осаждения фосфора при помощи концентрации полифосфата в волютиновых гранулах, но только при участии не диатомей, а цианобактерий. Отличие нового американского исследования от российских состоит в том, что первые изучали свой объект в природе, а вторые — в лабораторных экспериментах. Однако помимо лабораторных экспериментов российские специалисты представили доказательства участия цианобактерий в древнем фосфатоосаждении — это обнаружение фоссилизированных цианобактерий в толщах фосфоритовых отложений Хубсугула...

Бактерии собирают фосфор для питания обитателей рифов

https://www.vesti.ru/doc.html?id=2381263&tid=107734

Морские губки проживают на дне океана и являются важным компонентом рифовой экосистемы. Учёным уже давно было известно, что морские губки фильтруют тысячи галлонов морской воды ежедневно и выделяют из неё питательные вещества. Именно поэтому вода вокруг коралловых рифов поразительно чистая и прозрачная.

Теперь же исследователи из Центра науки об окружающей среде при Университете Мэриленда обнаружили, что цианобактерии, проживающие на морских губках, собирают из воды фосфор для питания рифовой экосистемы. В ходе научной работы исследователи изучали три различных вида морских губок из Карибского бассейна.

(кликните для показа/скрытия)

Первые губки заселили океаны около 750 миллионов лет назад, когда морская жизнь начала быстро развиваться. Примерно в то же время глубокие воды океанов насытились кислородом. Это преобразование традиционно соотносят с кембрийским взрывом, внезапным расцветом биоразнообразия. Учёные полагают, что именно ранние животные (в частности губки) привели к росту концентрации кислорода в водах, а не наоборот.

Губки находятся в постоянном взаимодействии с бактериями и микроорганизмами, они могут занимать до 40% общего объёма губки. Бактерии, проживающие в губках, могут передавать питательные вещества в губку, в частности, столь необходимый для жизни фосфор....
Фосфор — питательный элемент, очень важный для жизни. Но вокруг коралловых рифов его концентрация очень низка. Результаты нового исследования показали, что фосфор захватывается бактериями, например, рода Leptolyngbya, проживающими в губках вида Ircinia strobilina или Xestospongia muta. Затем фосфор превращается микроорганизмами в полифосфаты — форму фосфора, удобную для питания рифового сообщества.

Полифосфаты можно обнаружить почти во всех организмах: они сохраняют фосфор и предоставляют запас энергии. Полифосфатные соединения обнаруживаются при изучении организмов с помощью электронной микроскопии и выглядят как крошечные белые кластеры или гранулы.

На протяжении многих лет морские биологи наблюдали эти гранулы в образцах губок, но не знали, откуда они брались.

Результаты нынешнего исследования свидетельствуют, что эти гранулы создают бактерии, живущие в губках, которые сохраняют фосфор в форме полифосфатов. Таким образом формируется запас питательных веществ, которым могут пользоваться как сами губки, так и другие организмы рифа.

[AlexAV]

Изучая литературу о геохимии Каспийского моря обнаружил интересную вещь.

Сначала тут стоит привести глобальный баланс фосфора в океане:



Эта таблица судя по всему построена по данным 90-х. Вся невязка баланса в ней обусловлена чисто антропогенным фактором. Таким образом на тот момент необратимые потери фосфора составляли 14 млн.т./год. Учитывая, что мировая площадь пашни на момент середины 90-х составляла величину около 1,3 млрд. га, то получается, что среднемировые удельные потери необратимые потери были около 11 кг/га. Сейчас эта цифра скорее всего стала ещё больше.

Это очень большая цифра, почти безнадёжная. Столько без опоры на невозобновляемые ресурсы фосфоритов достать практически невозможно.

Однако если взять баланс биогенных элементов Каспийского моря за 1956 — 1975 год, то картина выглядит просто разительно иной:



Полный сток фосфора в Каспийское море в этот период был 40,7 тыс.т./год. При этом в бассейне одной лишь Волги имеется 65 млн. га пашни. Т.е. даже если разделить полный сток на площадь пашни получаем 0,6 кг/га, более чем на порядок меньше средних антропогенных потерь в мире в 90-х. Однако даже эта цифра очевидно сильно завышена. Т.е. не весь сток фосфора в Каспийское море обусловлен антропогенной деятельностью, есть и нормальный фоновый сток, который был всегда.

При этом имеется информация как сток фосфора менялся по годам, а также оценка вклада антропогенной составляющей:



И если посмотреть на неё, то картина получается ещё интереснее. Резкий рост антропогенного стока идёт лишь с 1975 года. До же 1975 года он не особо велик составляя величину около 9,8 тыс.т./год. Т.е. объём потерь был около 0,15 кг/га. Это - величина почти на два порядка (!) меньше современной. Возможно конечно величина потерь собственно с полей была и выше, но в этом случае это превышение должно было депонироваться в донных осадков водохранилищ. Поскольку добыла сапропелей в водохранилищах с последующим их использованием в качестве удобрений не представляет никаких технических сложностей, то тот фосфор, который оказывается заключён там, нельзя считать необратимо потеренным и это на выводы никак не влияет.

0,15 кг/га уже не 11 кг/га. Это уже такая величина с которой хотя бы в принципе можно бороться. При этом сельское хозяйство СССР 60-х — начала 70-х — совсем не худший его вариант, который знало человечество. В целом достаточно продуктивное и позволяющая поддерживать достаточно большое население (хотя конечно заметно уступающему современному в этом плане).

Однако возникает вопрос за счёт чего сельское хозяйство СССР имело геохимический дисбаланс фосфора 73 раза (!) меньше того что мы имеем сейчас в среднем по миру. Судя по всему причина тут кроется как раз во внутренних проблемах с/х СССР того периода. В литературе можно найти, что в то время в СССР был дефицит водорастворимых фосфорных удобрений, что вынуждало вносить фосфор в нерастворимых формах (фосфоритная мука, томасшлак и т. д., такие удобрения дешевле, но дают намного меньший эффект). При этом азотные удобрения были сравнительно доступны и вносились в больших количествах. В результате видимо растения были лимитированы по фосфору при достаточном количестве азота и калия, что вело к резкому снижению концентрации его подвижных форм в почвенных растворах и препятствовало его миграции. Сейчас же в фосфорные удобрения вносятся в почву в растворимой форме и в больших количествах в результате чего его подвижных форм в почве видимо много. Это увеличивает урожайность, но одновременно приводят к катастрофическому уровню его необратимых потерь.

P.S. Ещё были бы интересны цифры для волжского бассейна относительно доли фосфора туда поступающего из почвы и с канализационным стоком. Можно заподозрить, что при исключение второго фактора величина нескомпенсированных потерь была бы ещё заметно меньше. Но пока в этой части каких-то конкретных цифр не нашёл.

[crazy_terraformer]

https://elementy.ru/novosti_nauki/430511/Zhelezo_v_okeane_pomogaet_svyazat_uglekislyy_gaz_atmosfery

... есть в океане и такие участки, где основные биогенные элементы (азот и фосфор) присутствуют в достаточном количестве, а продукция фитопланктона всё равно сохраняется очень низкой. В англоязычной научной литературе их обозначают аббревиатурой HNLC (high-nutrient low-chlorophyll) — то есть много биогенов — мало хлорофилла. По всей видимости, первичная продукция в подобных местах ограничена не азотом и фосфором, а каким то другими элементом. Таким лимитирующим элементом часто оказывается железо. На суше железа обычно более чем достаточно, а вот в океане, в местах, удаленных от берегов, его может быть очень мало. Ведь попадает оно сюда только с пылью, приносимой с далеких континентов. В 1990-е годы гипотеза нехватки железа как основного фактора, ограничивающего развитие фитопланктона в районах HNLC, была проверена экспериментально. Железо в виде растворов соли вносили непосредственно в верхний слой водной толщи, а в ответ на эту добавку действительно возрастала продукция фитопланктона (cм.: Iron fertilization of HNLC regions). Родилась даже довольно фантастическая (но не лишенная смысла) идея повысить продукцию фитопланктона — и таким образом увеличить связывание в океане атмосферного СО2 — путем искусственного удобрения некоторых районов железом!

Имеет смысл повысить продукцию фитопланктона путем искусственного удобрения некоторых районов железом, собственно для сбора либо избыточной массы фитопланктона, либо зоопланктона, рыбы, кальмаров, медуз и прочих гидробионтов.

[AlexAV]

Имеет смысл повысить продукцию фитопланктона путем искусственного удобрения некоторых районов железом, собственно для сбора либо избыточной массы фитопланктона, либо зоопланктона, рыбы, кальмаров, медуз и прочих гидробионтов.

Это кстати действительно интересная вещь. Железа требуется немного и, что важно, элемент дефицитом не является.  Интересно на сколько регионы, где фитопланктон лимитирован не фосфором, а железом распространены...

[crazy_terraformer]

https://en.wikipedia.org/wiki/High-nutrient,_low-chlorophyll_regions
Статья в википедии про регионы, где фитопланктон лимитирован железом.

https://books.google.ru/books?id=F0HstDk_cgYC&pg=PA102&lpg=PA102&dq=%D1%80%D0%B0%D0%B9%D0%BE%D0%BD%D1%8B+HNLC&source=bl&ots=SdxQm8BKrk&sig=01v05j0pxl6B6_P0rj4qNriLaik&hl=ru&sa=X&ved=0ahUKEwiL4cmat43bAhVjMZoKHWvoDq4Q6AEIbjAN#v=onepage&q=%D1%80%D0%B0%D0%B9%D0%BE%D0%BD%D1%8B%20HNLC&f=false
Книжка в тему.

[-Asket-]

1.
Я скептически отношусь к алармизму климатического толка, но не вижу худа от замены бензиновых движков электромоторами, если это происходит (1) без принуждения и (2) отрицательных последствий для окружающей среды. Выделение углекислоты автомобилями далеко не сразу было осознано как проблема; то же справедливо для электромобилей. Как их производство в мировом масштабе будет влиять на среду нам не известно, и если не побеспокоиться об этом заранее, вместо "спасения планеты" можно обменять шило на мыло.

2.
Положим, сбудутся мечты об электромобилях. Те будут работать на аккумуляторах; это миллиарды батарей. Если не перерабатывать батареи, никаких ресурсов не хватит. Сейчас это литиевые батареи, и единственные два материала, которые рентабельно из них извлекать - никель и кобальт из катода. Марганец слишком дешев, чтобы окупить затраты на переработку: если цена переработки превышает цену добычи материала из руды, она невыгодна. Даже для никеля и кобальта эти цены в пределах 10%: переработка выгодна, но не очень, при этом большие капитальные расходы, вредные отходы и т. п., - что еще более снижает окупаемость. Батареи разряжают, окуная в рассол. После этого их морозят в жидком азоте (чтоб те не взрывались в "мясорубке") и размалывают на кусочки. Алюминий из коллекторов заряда в катоде растворяют в щелочи, сами оксиды - в кислоте; далее идет стандартная гидрометаллургичекая обработка. Разделения металлов не нужно, если из них делать новые батареи. Гидрометаллургия давно оптимизирована. Единственная возможность повысить окупаемость - извлекать оксиды напрямую без растворения в кислоте и последующей гидрометаллургичекой обработки.

Катод состоит из трех материалов: частичек литиированных оксидов, частичек углерода (через которые проводится тока) и полимера, который связывает частицы в пористую матрицу. За десятилетия были перепробованы многие полимеры, но только один из них хорошо работает, ПВДФ. Полимер состоит из -CH2CF2- последовательностей. Когда литий уходит из матрицы во время зарядки, остаются сильные окислители, которые повреждают полимеры. ПВДФ с такими окислителями совместим, и он обеспечивает адгезию в матрице несмотря на изменения объема частиц и характера их поверхностей. Никто не будет менять ПВДФ, т.к. всем известно, что найти замену непросто; вся технология построена вокруг его уникальных свойств.

Массу, которую извлекают из батарей, технологи называют "черной материей": это каша из частиц графита из анода и оксидов из катода. Частицы в каше - аггломераты частичек, связанных полимером. Склеить листки бумаги легко, а поделить их трудно. Тут та же проблема. Если бы можно было высвободить частички из матрицы, их можно было бы поделить из-за разности в плотности, смачиваемости поверхности и т. п.

Казалось бы - в чем проблема? Углерод можно сжечь, и останутся только оксиды металлов. Но жечь дорого, нужны высокие температуры. Более существенно, ПВДФ распадается при 300 Цельсия, выделяя HF. Плавиковая кислота реагирует с оксидами, изменяя их свойства. Простыми способами не получается поделить "черную материю" на составные части, а без этого гидрометаллургичекой обработке нет альтернативы, а с ней переработка батарей едва рентабельна, а без переработки такие батареи исчерпают ресурсы и завалят отвалы. Вот пример просто формулируемой химической задачи, от решения которой (без шуток) может зависеть будущее.

3.
У меня есть смутная идея, как можно было бы решить задачу.

Если бы можно было разбить ПВДФ на сравнительно маленькие кусочки, то они бы испарились при температуре ниже, чем температура выделения HF (все CFH соединения летучи). Можно разбавить -CH2CF2- мономеры другими мономерами, которые бы разрывали полимерные цепочки при температуре от 150 до 300 Цельсия. Нижний предел дается технологией производства катодов. Есть множество примеров термически нестойких полимеров, в которых цепочки соединяют кросс линкеры (в которых разрывается слабая связь), но тут нужен линкер в самой цепи, а не между цепями. Линкер должен выжить окислительные условия в катоде. Принципиально новый полимер не пойдет, т. к. индустрия без принуждения не будет менять ПВДФ чем-то, что работает хуже. Но если полимер - вариация ПВДФ, им все равно. К сожалению, я не могу придумать, как ввести такой линкер. Но это только один возможный подход; я уверен, что задача имеет простое и красивое решение.

Никто не хочет "спасти планету", а заодно стать миллиардером? Трепать языком-то все горазды, а как доходит до дела, почему-то сразу вакуум вокруг.
https://shkrobius.livejournal.com/643929.html

[mbrane]

если это происходит (1) без принуждения и (2) отрицательных последствий для окружающей среды.

А если. Среднего гражданина -к примерутебя за счет- кросс-субсидий (повышенных налогов на бензин) заставляют заплатить за переход соседа с бензиновой лесопилки на передовую элекктрицкую субсидируя ему покупку дорогощего метанового реактора а также подключением к сети...

Марганец слишком дешев, чтобы окупить затраты на переработку

Марганецслишком дешев пока батарей на 1 твтч(оценка сверху10 миллионов авто по 100 квтч)ака 1 миллион тонн марнанца идет....когда счет на 2 порядка больше будет -  то имарганец по другой цене пойдет...мировое производство марганца всего 20 миллионов тонн в год...металлургия выводит из оборота безвозвратно  почти все...самые более шинели запасы у юар 170 миллионов тонн

Разделения металлов не нужно, если из них делать новые батареи.

Как же не нужно если у них совершенно разные химические свойства- никель с кобальтом не выведешь в одной экстракционной схеме

[viesis]

Марганецслишком дешев пока батарей на 1 твтч(оценка сверху10 миллионов авто по 100 квтч)ака 1 миллион тонн марнанца идет

Что то много получилось- 100кг марганца на 1 авто, всетаки наверно ближе к 10 кг

[mbrane]

Марганецслишком дешев пока батарей на 1 твтч(оценка сверху10 миллионов авто по 100 квтч)ака 1 миллион тонн марнанца идет

Что то много получилось- 100кг марганца на 1 авто, всетаки наверно ближе к 10 кг

думаю 20% аккумулятора по весу https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1369702114004118 может 15...удельная емкость 300 втч на кг...это я посчитал только легковые.. а есть еще полуавтобусы средние и легкие грузовики для доставки грузов последней мили

[viesis]

Почему вообще марганец- сейчас же основной анодный материал LiFePO4

[AlexAV]

Почему вообще марганец- сейчас же основной анодный материал LiFePO4

На том что ставят на электромобили катод - смесь СoO и NiO с добавкой Al2O3. LiFePO4 для электромобилей имеет недостаточную ёмкость.

[mbrane]

Почему вообще марганец- сейчас же основной анодный материал LiFePO4

На том что ставят на электромобили катод - смесь СoO и NiO с добавкой Al2O3. LiFePO4 для электромобилей имеет недостаточную ёмкость.

NCA -батареи состоят их еще более труднодоступных элемментов