Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[mbrane]

Всё равно дороже дармовой гравитации.

да дело даже не в цене, а вообще в возможности при текущих или разумно перспективых технологиях ввобще хоть какое-то производство вынести в космос...

[Lieut]

Так в астероидах никель с кобальтом вообще в металлической фазе находятся. 1% никелевая руда закончиться очень скоро.

Не во всех. Как раз в углистых хондритах металлической фазы нет или почти нет. Там почти весь никель - изоморфная примесь в оливине.

И да, хоть в углистых хондритах их может и меньше, зато в металле там они гораздо более сконцетрированы.

По никелю углистые хондриты - самый бедный тип. В среднем 1 - 1.3% никеля. Причём обычно практически весь никель не в металлической фазе, а в силикатах. Т.е. это по сути та самая бедная силикатная никелевая руда, которая даже на Земле не очень-то кому-то нужна.

Никель в форме металла (никелистого железа) - это обыкновенные хондриты (H, L и LL-тип), но в них воды почти нет.

Углистые хондриты это все таки редкость из дальней части пояса астероидов. Наверное надо больше обращать внимание на обычные хондриты.

Обычная плавка, разделение металлической и силикатной фазы, и в металле у нас уже не так и мало никеля с кобальтом.

[Проходящий Кот]

А дальше?

[Rattus]

знаешь это камлания шаманов о неизвестном...

Последний раз вашему собеседнику полгода назад это всё уже подробным образом разъяснялось в.п.с. Так что не стоит трудов - это действительно никакими реальными предложениями не подкреплённые камлания и мантры, уверовавшего во Прогресс Жывотворящий глубоко гуманитарного Филина-Стратега.
Были бы предложения - давно бы выкладывались - как это давно делает тут crazy_terraformer - времени более чем предостаточно было.

[crazy_terraformer]

Всё равно дороже дармовой гравитации.

Можно использовать земные методы. Зачем крутить одну печь или расплав, если можно крутить завод?! Тот же Стэнфордский Тор или Сфера Бернала, или Цилиндр О'Нилла.  Большая часть воздушного объёма — тепловой буфер, большая часть внутренней поверхность — элемент пассивной и или активной систем охлаждения.

[Lieut]

А дальше?

Разделение от железа? Из всей этой компании металлов железо имеет самый электроотрицательный потенциал. В частности оно вполне окисляется водяным паром до закиси, никель и кобальт (а также медь и всякие платиноиды, которые пусть и в мизерном количестве, но как приятный довесок всегда будут присутствовать) - нет.

[crazy_terraformer]

Как насчёт поверхностной активности расплава и шлака? Если ,допустим, надуть пузырь (азотом, инертным газом, метаном, водородом, кислородом), а после остывания сферической поверхности .....
Тут мне вспомнилась технология из готовления японских мечей.
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AF%D0%BF%D0%BE%D0%BD%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B9_%D0%BC%D0%B5%D1%87

Выплавка стали
В Японии продукт эрозии естественных залежей железной руды часто обнаруживается рядом с руслами рек, смешанный с илом и другими отложениями. Железо в этой песчаной смеси составляет только около 1 %. Железный песок добывали благодаря его большей плотности, вымывая лёгкие примеси обильным потоком воды.

Ранняя технология выплавки не отличалась совершенством: рудный песок загружали в небольшую яму и плавили на древесном угле, приготовленном из особых пород древесины для выжигания вредных серо- и фосфоросодержащих примесей в железе и насыщения его углеродом. Из-за невысокой температуры не удавалось полностью отделить расплавленное железо от примесей в шлаке, результат получался в виде слитков губчатого железа (тамахаганэ) на дне ямы. Более мощные и производительные печи татара (татара-буки), сохраняя в целом сам метод плавки, появились в XV веке.

Слитки железа расплющивали в тонкие пластины, резко охлаждали в воде и затем разбивали на куски размером с монету. После этого проходила селекция кусочков, куски с крупными вкраплениями шлака отбрасывали, по цвету и гранулярной структуре разлома сортировали остальные[19]. Такой метод позволял кузнецу отбирать сталь с предсказуемым содержанием углерода в диапазоне от 0,6 до 1,5 %.

Дальнейшее выделение остатков шлака в стали и уменьшение содержания углерода происходило в процессе ковки — соединения отдельных мелких кусочков в заготовку для меча[20].

Ковка клинка

Сечение японского меча. Показаны две распространённые структуры с отличной комбинацией в направлении слоёв стали. Слева: металл клинка проявит текстуру итамэ, справа — масамэ.
Кусочки стали с примерно одинаковым содержанием углерода насыпали на пластину из того же металла, нагревали их до 1300 °C и сваривали вместе ударами молота. После этого заготовку проковывали: сплющив заготовку, её сворачивали пополам, затем снова сплющивали и сворачивали в другом направлении. В результате многократной проковки получается многослойная сталь, окончательно очищенная от шлаков. При 15-кратном сворачивании заготовки образуются почти 33 тысячи слоёв стали — типичная плотность дамаска для японских мечей.

Шлаки всё же остаются микроскопическим слоем на поверхности слоя стали, формируя своеобразную текстуру (хада), напоминающую рисунок на поверхности древесины.

[sharp]

другая среда - другие технологии
без них нет освоения космоса
(которое освоение, гляжу, многим, причем особо громогласным, не нужно; и эту ненужность они абсолютизируют)

Товарищи, у меня к вам есть предложение, от которого невозможно отказаться
Космос колонизируем в других темах, ресурсы на астероидах добываем тоже там. А в этой отдельно взятой теме обсуждаем, главным образом, решение ресурсных проблем на матушке-Земле, оставив космическую "палочку-выручалочку" за скобками.

[Kaiserfrogling]

Новость с некоторым опозданием:
https://www.enercon.de/en/news/news-detail/cc_news/show/News/start-of-second-subproject-in-russia-with-84-l100-lp2-wecs/
https://rg.ru/2019/09/26/reg-skfo/krupnejshuiu-v-rossii-ves-vozvedut-na-stavropole.html

[crazy_terraformer]

Товарищи, у меня к вам есть предложение, от которого невозможно отказаться

Sì, padrino. La tua parola è legge!

[AlexAV]

частности оно вполне окисляется водяным паром до закиси

Железоникелевые сплавы довольно коррозиеустойчивые. Заставит их реагировать с водяным паром с заметной скоростью не так уж просто. Проще, наверное, использовать хлор. FeCl3 и NiCl2 имеют очень существенно различающиеся температуры кипения, что их позволяет легко разделить.

Но проблема тут не в этом. Тут скорее проблема как это потом на Землю доставить. Обыкновенные хондриты (в отличие от углистых) практически абсолютно сухие, соответственно ни о каком производстве ракетного топлива на месте не может быть и речи. И топливо на обратный путь придётся тянуть с Земли. Всего 5 градусов наклонения орбиты астероида к эклиптики (а обычно оно больше) - и для возвращения вам уже нужно заведомо больше 2.6 км/с ХС. А это значит, что чтобы отправить этот никель-железный сплав (или никель) на Землю сначала от Земли к астероиду нужно будет направить не менее 2 кг ракетного топлива на 1 кг возвращаемого материала. Стоимость 1кг на поверхности астероида - заведомо больше, чем 1кг на ГСО (так как ХС больше, по крайней мере для большинства). Собственно на этом о каких-то экономических перспективах такой добычи можно и закончить. Один путь от астероида к Земле делает всё это заведомо абсурдной деятельностью с экономической точки зрения.

[MenFrame]

Железоникелевые сплавы довольно коррозиеустойчивые.

Проволоку в теории можно произвести из железоникеля, с последующей использовании в качестве материала для статического солнечного паруса?

[mbrane]

Железоникелевые сплавы довольно коррозиеустойчивые. Заставит их реагировать с водяным паром с заметной скоростью не так уж просто. Проще, наверное, использовать хлор. FeCl3 и NiCl2 имеют очень существенно различающиеся температуры кипения, что их позволяет легко разделить.

п хлор где брать на астероидах - это ведь не земля...далее есть к меня сомнение что с сухим хлороводородом вообще кашу сварить сепарацию произвести можно

[AlexAV]

Каждый раз как это читаю вспоминаю "Час быка" и возлагаю надежды на поднятие фосфора с абиссальных глубин.

Тут вопрос достаточно сложный. Если взять какую-нибудь геохимическую модель (я далее буду в основном пользоваться этой https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/JC094iC02p01979), то там вырисовывается следующая картина. Окончательное захоронение фосфора жёстко связано с первичной продуктивностью океана и идёт через биологический лифт. Причём кроме первичной продуктивности на него вообще ничего не влияет. Если посмотреть математику модели, то искусственный подъём глубинных вод может влиять на форму профиля концентрации фосфора, но вообще никак не скажется на скорости его захоронения. В общем получается, что все эти идеи с искусственным апвеллингом - мартышкин труд. Это может повлиять на концентрацию фосфора в морской воде локально, но на общий баланс фосфора в океане не повлияет никак.

Вторая проблема - фосфор осадков это в основном карбонатфтораппатит. Он очень устойчив к морской воде и даже когда она не насыщена по апатиту его растворение происходит столь медленно, что даже в геохимических моделях, которые должны моделировать процессы в океане на масштабе тысяч лет этим процессом полностью пренебрегают. Скажем из этой работы (https://www.nature.com/articles/s41467-020-15673-3):

Following the approach of previous studies [8,10] the dissolution of CFA under Ω(CFA) < 1 is not included, as CFA is highly insoluble in marine sediments.

(CFA - карбонатфтораппатит)

Заметная часть фосфора там осаждается ещё за счёт сорбции на частицах оксида железа, но с ним картина не сильно лучше.

Т.е. мало того, что фосфор тонет, он ещё там накапливается в виде крайне прочных и инертных в морской воде соединений. Это создает определённые сомнения в том будет ли вообще хоть какая-то польза от подъёма глубинных осадков на поверхность. В общем, геохимические данные и модели вызывают определённый скепсис относительно вообще физической реализуемости такого подъёма фосфора.

С другой стороны окончательное захоронение фосфора идёт довольно медленно. Фосфор, попавший в морскую воду, довольно долго там циркулирует и от туда он вполне извлекаем.

Балансное уравнение, показывающее скорость осаждения фосфора имеет простой вид:

\[ \alpha \beta \eta_P NP = L \]

\( \alpha = 0.03 \) и  \( \beta = 0.1 \) - геохимические коэффициенты в модели, \( \nu_P \) - соотношение P/C в биомассе (\( \eta_P = 1/106  \)если говорить о мольном отношение, или, соответственно, 0.024 - если о массовом),  \( NP \) - первичная продуктивность океана, \( L  \)- поступление фосфора в океан с речным стоком. Видно, что ежегодно окончательно тонет лишь 0.3% фосфора ассимилированного морскими организмами. Оставшиеся 99,7% возвращаются в оборот и снова поднимаются на поверхность океана (сами, без нашего участия). Такая относительная замкнутость цикла фосфора в океанической воде (не абсолютная, но достаточно высокая) в принципе позволяет оттуда что-то возвращать.

Чтобы понять что и как введём в приведённое выше уравнение баланса добычу морепродуктов в океане и дополнительный антропогенный сток фосфора с материков в океан. Получится, что-то такое

\[
\alpha \beta \eta_P (NP - I) +  \eta_P I= L + k \eta_P I + M \]

\( I \) - тут добыча морепродуктов, \( k \) - доля фосфора морских морепродуктов, которая возвращается обратно в океан (дело в том, что часть извлеченного из океана фосфора может накапливаться в каких-то резервуарах суши, глубинных слоях почвы, осадках бессточных бассейнов, осадках на дне водохранилищ и в понижениях местности), \( M \) - дополнительный антропогенный сток фосфора, не связанный с добычей в океане морепродуктов. 

Тут можно обратить внимание на следующее свойство полученного соотношения. Если выполняется условие

\[ \eta_P I = k \eta_P I + M \]

то для первичной продуктивности океана будет выполняться равенство:

\[ NP = NP_0 + I \]

т.е. первичная продуктивность океана оказывается равна сумме первичной продуктивности без антропогенного влияния вообще и изымаемого объёма морепродуктов. Т.е. получается интересная ситуация - мы в океане что-то выловили, а при этом меньше (разность первичной продуктивности и вылова) не стало! Эту точку можно рассматривать как точку оптимального баланса между извлечением из океана фосфора и сохранением устойчивости экосистем самого океана.

Отсюда два вывода. Первый - из океана можно без ущерба для экосистем океана извлечь количество фосфора равное дополнительному антропогенному стоку фосфора в океан (но не больше, извлечение фосфора выше этого предела будет сокращать то количество биомассы, которое достаётся морским экосистемам, а это не хорошо). А вот ту часть фосфора, которую поля потеряли, но она не стекла в океан - океан без вреда для себя возместить не может. Её нужно возмещать из каких-то иных источников, не из океана. Второй - проблема возврата фосфора в отмеченном объёме решается просто развитием маринокультуры (прежде всего водорослей вроде ламинарии и различных фильтраторов), искусственный подъём чего-то со дна океана не имеет никакого смысла.

Чему равна доля фосфора теряемого с полей, но не оказывающаяся в океане — вопрос открытый. Но едва ли слишком много (по крайней мере если вести речь о той части, которую трудно или невозможно вернуть в оборот, какой-нибудь ил на дне водохранилища с технической точки зрения вполне доступен, извлечь его оттуда и вернуть на поля не представляет особой технической сложности). Это позволяет аккуратно предположить, что фосфор извлекаемый из морской воды с маринокультурой (вместе с фосфором илистых отложений на дне озёр и водохранилищ и другие подобные источники) теоретически позволяет закрыть фосфорную проблему процентов на 70% - 90%.

Однако, применительно к современному сельскому хозяйству тут есть проблема… 11.1 млн.т. в год потерь — это просто безумно много. Чтобы вернуть столько маринокультура должна производить  1140 млн. тонн сухой массы морепродуктов, что уже должно быть соизмеримо с современным производством зерновых. В принципе это только  3% первичной продуктивности океана. Так что с точки зрения биологических и геохимических ограничений тут ничего невозможного нет (по крайней мере пока мы ведём речь о водорослях, уже с консументами даже первого порядка тут уже картина не такая очевидная, ну а получить столько консументов второго порядка и выше (к которым относятся большинство промысловых рыб) — просто невозможно). Цифра вполне соизмеримая с современным производством зерна.

А вот возможен ли такой подвиг экономически — не уверен. Вся эта маринокультура довольно трудозатратна. Всё же ощущение, что без радикального (хотя бы раз в пять, лучше на порядок) сокращения потерь биогенов с сельскохозяйственных угодий тут будут проблемы. 

[AlexAV]

А добывать топливо и сопутствующий фосфор вот из этого:

Топливо - сложно. Ловить самим эти одноклеточные водоросли дело неблагодарное. А вот вернуть биогены и получить пищевые калории - вполне, причём не так уж и сложно. Просто разместить плоты к которым бы могли крепится фильтраторы (мидии, другие двустворчатые моллюски, голотурии, некоторые креветки, какие-то фильтраторы есть в водоёмах с любой солёностью и любыми клматическими условиями, что-то можно найти всегда) и, может быть, ещё соответствующих личинок выпустить. Ну а эти фильтраторы уже сами переработают эту зелень в более удобный и полезный продукт.

[crazy_terraformer]

Железоникелевые сплавы довольно коррозиеустойчивые. Заставит их реагировать с водяным паром с заметной скоростью не так уж просто. Проще, наверное, использовать хлор. FeCl3 и NiCl2 имеют очень существенно различающиеся температуры кипения, что их позволяет легко разделить.

Делаем чугун, а его после размола переводим в карбонилы, а карбонилы легко разделяются перегонкой и по температуре разложения, хотя вопрос есть— из чего делать оборудование?
Или если есть возможность превратить сплав Fe-Ni в порошок, то можно карбонилировать порошок.

Тут скорее проблема как это потом на Землю доставить. Обыкновенные хондриты (в отличие от углистых) практически абсолютно сухие, соответственно ни о каком производстве ракетного топлива на месте не может быть и речи. И топливо на обратный путь придётся тянуть с Земли. Всего 5 градусов наклонения орбиты астероида к эклиптики (а обычно оно больше) - и для возвращения вам уже нужно заведомо больше 2.6 км/с ХС. А это значит, что чтобы отправить этот никель-железный сплав (или никель) на Землю сначала от Земли к астероиду нужно будет направить не менее 2 кг ракетного топлива на 1 кг возвращаемого материала. Стоимость 1кг на поверхности астероида - заведомо больше, чем 1кг на ГСО (так как ХС больше, по крайней мере для большинства). Собственно на этом о каких-то экономических перспективах такой добычи можно и закончить. Один путь от астероида к Земле делает всё это заведомо абсурдной деятельностью с экономической точки зрения.

А что у нас есть там под рукой? Из чего можно сделать рабочее тело? Для ионных двигателей, электростатических, электротермических или гелиотермических. Химические двигатели можно на угарным газе с кислородом использовать. Кислород из силикатов. Опять же металлические горючие из силикатов, основное рабочее тело — кислород.. Зеркала из тонких плёнок металла и солнечные паруса.
А данные по воде у Вас  практические или теоретические?

карбонатфтораппатит

Он не может образовывать месторождения на морском дне?

[AlexAV]

А данные по воде у Вас  практические или теоретические?

Данные по воде и прочему основаны на анализе выпадающего на Землю метеоритного вещества (тут я в основном пользуюсь данными из сборника Cosmochemistry: Meteorites, Part 1
By Brian Harold Mason).

Химические двигатели можно на угарным газе с кислородом использовать.

Так с углеродом в хондритах типа H, L, LL тоже как-то не очень. Типичная концентрация лишь 0.09 - 0.12%. Это на много меньше, чем никеля (и тем более никелистого железа) и углерода, получаемого попутно, для производства топлива точно не хватит.

Из относительно летучих элементов там больше всего серы (в среднем 2 - 2.3%).

Он не может образовывать месторождения на морском дне?

В некоторых местах образуют скопления фосфоритной конкреции. Однако, как всегда в этом случае, то что скапливается в месторождениях - лишь ничтожная часть того, что захоранивается в слое осадочных отложений на дне океана.

[crazy_terraformer]

Если бы можно было управлять процессом кристаллизации. Подвесил в толще воды затравки или стальные тросы в иле....
Ну и остаётся переработка канализационных стоков и использование навоза кроме морской аквакультуры

А данные по воде у Вас  практические или теоретические?

Данные по воде и прочему основаны на анализе выпадающего на Землю метеоритного вещества (тут я в основном пользуюсь данными из сборника Cosmochemistry: Meteorites, Part 1
By Brian Harold Mason).

Таки какой есть запас летучих веществ в полярных ловушках астероидов, оттуда не почерпнёшь!

[Инопланетянин]

Топливо - сложно. Ловить самим эти одноклеточные водоросли дело неблагодарное.

Это печально. И последствия этого для нашей цивилизации будут печальные

[sharp]

Это печально. И последствия этого для нашей цивилизации будут печальные

Всё же долгосрочные топливно-энергетические перспективы, на мой взгляд, в первую очередь, связаны с ЗЯТЦ (полным или частичным) и добычей природного урана из морской воды. Если это взлетит, то всё будет менее печально, или даже совсем не печально. А вот если не взлетит, то...