Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

Мне всё же импонирует идея использования изотопа аргона-40 в газоохлаждаемых реакторах, пусть под более высоким давлением,

Проблему с низкой теплопроводностью это полностью не решает, т.е. по сравнению с реактором с гелиевым теплоносителем придётся сильно снижать плотность мощности в АЗ (а это и так не самая сильная сторона газоохлаждаемых реакторов). Т.е. делаем реактор такого же размера, что и с гелием, но снимать с него мощность в несколько раз меньше. Для экономики это очень не хорошо.

В США представлен новый высокотемпературный жидкосолевой реактор Kairos
http://atomic-energy.ru/news/2017/11/14/80849

Кстати идея там действительно нестандартная и довольно интересная. Из этого может выйти что-то хорошее. Это не стандартный жидкосолевой реактор, где делящийся материал растворён в теплоносителе, хотя и использует жидкосолевой теплоноситель. В чём проблема классического жидкосолевого реактора? Расплав соли в котором плавает половина таблицы Менделеева - страшно агрессивен и съедает почти любые материалы. Однако если взять чистый расплав соли, то он инертен к большинству конструкционных сплавов, т.е. скажем расплав чистого фторида лития не может с железом взаимодействовать даже термодинамически. Т.е. если в случае, когда делящийся материал растворён в соли, материаловедческие проблемы на гране нерешаемых, то в случае химически чистой соли их просто нет.

Тут же предлагают довольно понятную (но, справедливости ради, никем не до них не рассмотренную) идею - взять шариковые ТВЭЛы от газофазного реактора, поместить их в бассейн и залить расплавом соли. В этом случае циркулирующая чистая соль (т.к. она остаётся химически чистой, топливо надёжно фиксировано в ТВЭЛах) не будет создавать проблем с коррозией и можно использовать более-менее стандартные материалы вроде жаропрочных аустенитных сталей даже при достаточно высоких температурах. А АЗ с минимумом излишних конструкционных материалов (углерод составляющий основную нетопливную часть в шариковых ТВЭЛах нейтроны поглощает слабо) даст достаточно хорошую нейтронную экономику, не сильно хуже, чем у классических жидкосолевых реакторов.  По сравнению же с газоохлаждаемыми реакторами - жидкость куда эффективнее отводит тепло, чем газ, что позволяет обеспечить большую удельную мощность, ну и безопасность. При правильной конструкции угроза внезапной потери охлаждения для реактора охлаждаемого нелетучей жидкостью практически отсутствует, что нельзя сказать о случае охлаждения газом под давлением.

Из этого действительно может получиться что-то хорошее.

Однако у такой концепции есть и очевидные минусы.

1) Дорогой теплоноситель. Тут почти безальтернативен FLiBe (эвтектическая смесь обогащённого по Li-7 LiF и BeF2). А бериллий вещь дорогая и дефицитная.
2) Такой реактор в принципе можно сделать только в тепловом спектре. Большое количество графита в структуре шариковых ТВЭЛов и теплоноситель - хорошие замедлители. А значит сделать так реактор на уране с КВ>1 невозможно (хотя с учётом неплохой нейтронной экономики имеет смысл подумать о тории).
3) Структура шариковых ТВЭЛов такая, что их очень сложно потом перерабатывать. Она не очень подходит для работы в замкнутом цикле.

Что получится на практике (если проект уйдёт дальше бумажного эскиза) - посмотрим.

[mbrane]

Вкратце, мощность на уровне 0,5 кват/кг(уровень ДВС), ресурс около 50 000 часов непрерывной работы.

в теоретических тсследованиях

[mbrane]

Получается что будущая цивилизаци остро лимитирована биологически восполнением углеводородов?

обжигайте известняк - коего немеряно накопилось - вот вам углерод

[mbrane]

По некоторым неэнергетическим позициям применения уже сейчас ощущается существенный дефицит. Скажем каменноугольный пек совершенно незаменимое сырьё при производстве алюминия (без него невозможно изготовить качественные электроды). И его уже сейчас не хватает (проблема в том, что его получают из смол образующихся при коксование угля, при этом его выход составляет около 1,5% от перерабатываемого массы угля). Его пытаются заменить экстракционным пеком, который получается экстракцией растворителями при высокой температуре под давлением битуминозных веществ из углей, такой путь даёт его существенно больший выход на единицу массы угля, чем коксование, но для этого годятся только угли угли марки Г, ГЖ и Ж (т. е. понятно, что тут ресурсная база намного уже, чем запасы углей вообще). Т.е. даже производство алюминия сейчас жестко привязано к ископаемому топливу, т.к. для него не только бокситы и электричество нужно, но и другие материалы, некоторые из которых являются достаточно дефицитными.

электроды делают из антрацита - тоже достаточно редкого угля

[AlexAV]

И как они посчитали коэффициент конверсии 10,7%?

Гм... посмотрел внимательнее и тоже не понял. Впрочем цифра 90 г с 1 кг меняет картину не принципиально.

Вот собственно другая работа по этой же теме: https://cyberleninka.ru/article/n/sposoby-povysheniya-elektivnosti-substrata-dlya-intensivnogo-kultivirovaniya-veshenki-obyknovennoy

Тут на овсяной полове получают плодоотдачу (отношение массы полученных плодовых тел к массе влажного субстрата) - 42,8%. Т.е. если исходить из влажности субстрата 70-72%, то биологическая продуктивность получается около 140%. Если считать влажность свежего плодового тела - 90%, то коэффициент конверсии получается около 14%. Это на самом деле превышает такой для любых теплокровных сельскохозяйственных животных. К тому же эта самая полова - отнюдь не самая питательная субстанция, совсем не зерно.

И для выращивания грибов солому надо еще пастеризовать паром.

Ну это уже отдельный вопрос. Хотя действительно всё это сравнительно низкопотенциальное тепло, которое сейчас генерируется в основном за счёт сжигания газа, может в дальнейшем стать проблемой.
 

Ну да, при питании легкоусвояемым сахаром коэффициент конверсии получения кормовых добавок может быть весьма высок. Но сахар животные и сами прекрасно переварят.

Их ценят не за это. А за способность ассимилируя азот из неорганических источников (солей аммония) синтезировать много белка (до половины от массы получаемого продукта).

И затраты кислоты на гидролиз тоже ж надо учитывать.

Кислоты (серной или соляной) там копейки уходят, а вот низкопотенциального тепла на нагрев, выпаривание и т.д. действительно много.

Было утверждение про низкую полезность дрожжевой массы для здоровья людей.

Не вкусно - да, это явно что-то уже из области пластиковой каши. Но вот чем вредно?

[MenFrame]

обжигайте известняк - коего немеряно накопилось - вот вам углерод

Вопрос к химикам....   Если у нас какой ни будь способ производить углеводороды из воды и извести, используя тепло и катализаторы?

[AlexAV]

Вопрос к химикам....   Если у нас какой ни будь способ производить углеводороды из воды и извести, используя тепло и катализаторы?

Можно, но естественно не в одну стадию. Т.е. приблизительно так:
1) H₂O = H₂ + 1/2O₂ (электролиз или термохимический цикл)
2) CO₂ + H2 = СO + H2O
3) CO + H₂ = C_nH_2n+2 + H₂O (синтез Фишера—Тропша или какой-нибудь аналогичный процесс)

Но это энергоёмко,  дорого, степень конверсии энергии в конечный продукт будет весьма низкой. Опять же катализаторы нужны, коррозионностойкие и жаропрочные сплавы для оборудования и т.д. Едва ли процесс по такой схеме когда-либо будет осуществляться в больших объёмах.

[mbrane]

обжигайте известняк - коего немеряно накопилось - вот вам углерод

Вопрос к химикам....   Если у нас какой ни будь способ производить углеводороды из воды и извести, используя тепло и катализаторы?

Процесс Фишера-Тропша...Правда воду надо подвергнуть электролизу

[MenFrame]

Но это энергоёмко,  дорого, степень конверсии энергии в конечный продукт будет весьма низкой.

Получается топливные элементы на водороде использовать выгоднее чем производить солярку из электролизного водорода. Пускай это будут и твердооксидные элементы. Они конечно не очень удобны, но во многих случаях вполне пригодны. Скажем для фур, электровозов, сельхоз техники и пр.

[Lieut]

Для магистральных направлений наиболее выгодно использовать контактную электротягу. А сельхозтехника вполне может и местным биогазом обойтись.

[crazy_terraformer]

Не вкусно - да, это явно что-то уже из области пластиковой каши. Но вот чем вредно?

Вкус - это вопрос добавок или применения этой массы как одного из нескольких компонента продукта.

Вопрос к химикам....   Если у нас какой ни будь способ производить углеводороды из воды и извести, используя тепло и катализаторы?

Можно, но естественно не в одну стадию. Т.е. приблизительно так:
1) H₂O = H₂ + 1/2O₂ (электролиз или термохимический цикл)
2) CO₂ + H2 = СO + H2O
3) CO + H₂ = C_nH_2n+2 + H₂O (синтез Фишера—Тропша или какой-нибудь аналогичный процесс)

Но это энергоёмко,  дорого, степень конверсии энергии в конечный продукт будет весьма низкой. Опять же катализаторы нужны, коррозионностойкие и жаропрочные сплавы для оборудования и т.д. Едва ли процесс по такой схеме когда-либо будет осуществляться в больших объёмах.

Имеются такие существа как водородные бактерии

Водородные бактерии — бактерии, получающие для роста энергию в результате окисления молекулярного водорода и использующие образующуюся при этом энергию для усвоения углерода. Распространены в почве. Окисляют водород, постоянно образующийся при анаэробном разложении различных органических остатков микроорганизмами почвы.

Не будет ли эффективнее использовать их в качестве промежуточного этапа получения химического топлива - синтеза биомассы из водорода, полученного электролизом или в термохимическом цикле, и углекислого газа?
Полагаю, что часть энергии затраченной на производство водорода можно будет вернуть, если выращивать биомассу в биотопливных элементах.

https://en.wikipedia.org/wiki/Hydrogenobacter_thermophilus#Metabolism

Hydrogenobacter thermophilus является облигатным хемолитоавтотрофом, использует аэробное дыхание или анаэробное дыханию посредством денитрификации . Электронный донор представляет собой молекулярный водород, тиосульфат или элементарную серу.  Источниками азота являются соли аммония и нитрата . Эта бактерия использует специальную форму цикла восстановительной трициклической кислоты ( цикл обратного Кребса ) для фиксации СО2.

Этих тварей надо ещё и нитратами кормить или аммонийными солями.

[MenFrame]

Не будет ли эффективнее использовать их в качестве промежуточного этапа получения химического топлива - синтеза биомассы из водорода,

Чего уж мелочиться, нужно биомассу производить непосредственно из электричества минуя стадию электролиза

[crazy_terraformer]

https://en.wikipedia.org/wiki/Cupriavidus_necator

Исследователи из UCLA генетически модифицировали штамм вида Cupriavidus necator (ранее известный как Ralstonia eutropha H16) для получения изобутанола из CO2 с использованием электричества, производимого солнечным элементом. Проект, финансируемый Департаментом энергетики США, представляет собой потенциальное высокоэнергетическое электротопливо, которое может использовать существующую инфраструктуру для замены нефти в качестве транспортного топлива.

https://sci-hub.tw/10.1126/science.1217643

Не будет ли эффективнее использовать их в качестве промежуточного этапа получения химического топлива - синтеза биомассы из водорода,

Чего уж мелочиться, нужно биомассу производить непосредственно из электричества минуя стадию электролиза

Это юмор такой, как я понимаю...
Прокариоты гораздо быстрее эукариотов набирают биомассу, тем более если их хорошо кормят.

[николай теллалов]

Для магистральных направлений наиболее выгодно использовать контактную электротягу. А сельхозтехника вполне может и местным биогазом обойтись.

Или газогенераторами, монтированными на трактора и прочую технику.
Горючего материала растительного происхождения на поле всегда навалом.

[sharp]

Для магистральных направлений наиболее выгодно использовать контактную электротягу.

Думаю, в конечном счете к этому и придут, при замещении нефти атомной энергетикой. Подавляющее большинство автоперевозок на дальние расстояния осуществляется так или иначе по автомагистралям. Их можно оборудовать контактными рельсами, автомобили соответственно - токоприемниками. Постепенно переоборудовать можно и наиболее загруженные городские и междугородние трассы, таким образом автономное передвижение автомобиля будет осуществляться на минимальные расстояния - внутрирайонные поездки или по необорудованным дорогам в усть-пердюйске. Эту потребность уже вполне можно будет покрыть за счет умеренных количеств биотоплива (автомобили в большинстве своем будут при этом гибридными).

[Kostian]

Солнечные батареи теперь эффективны в любую погоду

Специалисты из Университета Британской Колумбии представили дешевый и не зависящий от погоды способ перерабатывать солнечный свет в электроэнергию. Для этого ученые создали особый вид бактерий, обеспечивающих работу солнечных батарей.

На сегодняшний день широко применяющиеся солнечные батареи, являются полностью синтетическими, однако авторы разработки предлагают им «биогенную» альтернативу. Как утверждают специалисты, в будущем солнечные батареи, работающие благодаря живым организмам, догонят по эффективности «традиционные», и при этом будут значительно экономичнее.

Учёные утверждают, что в прошлом попытки создать «биогенные» солнечные батареи подразумевали извлечение из бактерий природных «краскок», благодаря которым микроорганизмы осуществляют фотосинтез. Это дорогостоящий, сложный и, что особенно странно для «зелёной» энергетики, не самый экологичный процесс. В ходе новых экспериментов «краски» решили оставить в бактериях.

Специалисты модифицировали бактерии кишечной палочки таким образом, чтобы они производили большое количество ликопена — красителя, придадающего спелым помидорам характерный красный цвет и способного особенно эффективно преобразовывать свет в энергию. Затем бактерии «покрыли» минералом, способным работать как полупроводник, и поместили на стеклянную поверхность. По словам исследователей, в результате им удалось получить довольно эффективную солнечную батарею, накапливающую энергию как при ярком, так и при тусклом освещении.

Специалисты предполагают, что их разработка сможет повысить популярность солнечной энергетики в тех частях мира, где погода чаще всего бывает пасмурной — например, в самой Британской Колумбии и некоторых странах Северной Европы.

http://www.mk.ru/science/2018/07/05/v-kanade-izobreli-solnechnye-batarei-effektivnye-pri-lyuboy-pogode.html

[Kostian]

Электроэнергию для зарядки аккумуляторов можно брать из воздуха

Устройство, позволяющее получать электроэнергию прямо из атмосферы, разработали специалисты из Массачусетского технологического института. Устройство работает за счет ежедневных колебаний температуры и позволяет заряжать «от воздуха» смартфоны, планшеты или другие технические устройства такого рода.

Разработка специалистов, получившая название «термальный резонатор», как утверждается способна на протяжении года поддерживать работу той или иной техники без необходимости заряжать его «от сети». По мнению учёных, подходит она и для обеспечения энергией спутников, предназначенных для дистанционного зондирования Земли. При разнице в 10 градусов по шкале Цельсия между дневной и ночной температурой приспособление вырабатывает 1,3 милливатта энергии.

Специалисты уверяют, что придумали зарядное устройство «с нуля», хотя его идея и витала в воздухе — на Земле людей окружают нетронутые источники энергии, и смена температуры в зависимости от времени суток представляет собой яркий тому пример. При этом, в отличие от солнечных батарей, новая разработка может успешно работать даже в тени или в облачную погоду. Таким образом, получаемая энергия берётся непосредственно из окружающей среды, однако практически не зависит от её капризов.

О своём изобретении учёные рассказали на страницах издания Nature Communications.

В мае прошлого года изобретатель из Уфы Айдар Хайруллин предложил другой способ заряжать телефон в условиях отсутствия доступа к электроэнергии. Компактное устройство, внешне напоминающее мангал, позволяет преобразовывать тепловую энергию в электрическую, и, как следствие, заряжать различные технологические приспособления от пламени костра. Для того с помощью данной технологии зарядить телефон полностью, то потребуется столько же времени, сколько и при более «традиционной» зарядке.

http://www.mk.ru/science/2018/02/19/nayden-sposob-zaryazhat-telefon-ot-vozdukha.html

[николай теллалов]

Солнечные батареи теперь эффективны в любую погоду

Я не заметил ничего про КПД - теоретический потолок и постигнутое на данном этапе.
Но здорово.

[sharp]

Солнечные батареи теперь эффективны в любую погоду

В пасмурную погоду на единицу площади приходится в 10 раз меньший поток, чем в солнечную, каким образом интересно эти ваши бактерии решают данную проблему?

Это дорогостоящий, сложный и, что особенно странно для «зелёной» энергетики, не самый экологичный процесс.

Вот это ключевое. Дорого, токсично, зато зеленая энергетика!

что особенно странно

Нифига не странно кстати, производство обычных солнечных панелей тоже токсично.

[николай теллалов]

Это дорогостоящий, сложный и, что особенно странно для «зелёной» энергетики, не самый экологичный процесс.

Вот это ключевое. Дорого, токсично, зато зеленая энергетика!

А до конца прочитать что помешало? Не будет повода для передергивания?
Падаете, Шарп, сильно падаете.