Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

Задался таким вопросом: нередко обсуждается возможность добычи урана из морской воды, где он, в свою очередь, пополняется речным стоком.
А какие-то ещё элементы (в.т.ч. редкоземы) можно добывать таким же образом? Ведь вряд ли в океан вымывается один лишь только уран...

Вымывается много чего, но не все элементы накапливаются в сколько-нибудь весомых концентрация. Поэтому список не очень большой.

Точно можно - натрий, хлор, магний, кальций, калий, сера, бром (относительно дешево и в любых желаемых количествах).

Можно относительно не дорого, но в ограниченных количествах, биологическими методами - фосфор, йод, ванадий (список может расширяться за счёт каких-то достижений биотехнологии, вообще способность что-то селективно извлекать у живой клетки потенциально очень велики, так как живые организмы растут сами такой способ ещё и не слишком дорогой, хотя имеет ограничения на потенциальные объём добычи, т.к. прирост биомассы живых организмов не может быть сколько-угодно большим).

Можно, но очень дорого и мало - литий, бор, стронций, рубидий. Сюда же примыкает уран.

Содержится относительно много в морской воде (соответствует предыдущей группе), но нет эффективных селективных адсорбентов - фтор и молибден. Сейчас нужно относить к не извлекаемым, но если найдут подходящие адсорбенты могут перейти в группу "мало и дорого".

Всего остального в морской воде так мало, что ни о каком промышленном извлечение не может быть и речи. 

[MenFrame]

В общем медь для ВТСП лет абсолютно безальернативна (и в составе сверпроводника и в составе подложки) .

Ну не чего нам не мешает использовать сэндвич. Где будет тонка пленка меди в качестве подложки и какой ни будь материал в качестве несущей конструкции. В любом случае Расход меди в ВСТП системах в разы меньше чем, в аналогичных медных.

Такие элементы из пород с кларковым содержанием как самостоятельный продукт практически не извлекаемы по экономическим причинам,

Так, когда будут извлекать кларковые содержания..будут извлекать целый комплекс элементов. А увеличение глубины рециклинга поможет поддерживать общие расходы на приемлемом уровне. Заодно избавимся от не эффективного использования материалов.

Содержания галлия

19 грам на тонну...меди 50 грам на тонну кларк в земной коре. Не думаю что в океанических осадочных породах сильно по другому должно быть.

Вообще главное это не цена материала, а цена отказа от него. Если цена отказа выше чем цена материала, отказываться от него не будут.
Скажем того же робота возьмем...один его экземпляр может заменять от 3 до 10 человек по количественно-качественным характеристикам.
Если один робот по объему  цениться как 5 человек в среднем, то сколько должны стоить материалы для его изготовления что бы производство робота было не выгодным? Или другими словами может ли робот произвести столько труда что бы обеспечить и себя материалами, и потребности людей удовлетворить?
 А сколько сейчас стоит человеческий труд? Возьмем к примеру США 40000$ в год. Соответственно робот дает эквивалент в 200000 тысяч. Допустим ресурс робота 10 лет до полной замены материалов, а также что половина собственных доходов уходит на поддержание собственных нужд. То есть 1000 000$  Допусти материалы будут по цене галия 1200 за кг. То есть даже если наш робот будет полностью из галия, и по весу среднего рабочего. Он окупит, себя и десять новых роботов, и еще пару человек обслужит.

То есть медь конечно может уйти из робототехники, но только потому что ей найдут потенциальную замену. Если меди нет альтернативы...Не куда она не уйдет. Поскольку цена отказа высока.

[AlexAV]

19 грам на тонну...меди 50 грам на тонну кларк в земной коре. Не думаю что в океанических осадочных породах сильно по другому должно быть.

Среднее содержание по осадочным породам галлия - 30 г/т (Источник: Г.В. Войткевич и т.д. Краткий справочник по геохимии).

[-Asket-]

биологическими методами - фосфор, йод, ванадий

Акантарии строят свой скелет из сульфата стронция: https://en.wikipedia.org/wiki/Acantharea
https://doi.org/10.1023/B:HYDR.0000027333.02017.50

[AlexAV]

Акантарии строят свой скелет из сульфата стронция: https://en.wikipedia.org/wiki/Acantharea
https://doi.org/10.1023/B:HYDR.0000027333.02017.50

Не знал. Спасибо за ссылку. Тогда и стронций можно отнести к элементам извлекаемым биологическими методами. А стронций на самом деле элемент для техники важный. По сути сейчас только три группы материалы пригодных для сколько-нибудь приличных постоянных магнитов - сплавы редкоземельных элементов, ферриты стронция и бария, и сплавы железа с никелем и/или кобольтом (алнико, ални, FeCoCr). И все требуют не самых доступных элементов. Ферриты бария и стронция требуют наименее дефицитных компонент, однако вопрос где брать стронций и барий с вменяемой ценой (без месторождений) оставался. Сорбция на нанотрубках из оксида титана тут особых оснований для оптимизма относительно себестоимости такого стронция не давала. А это уже интереснее.

[mbrane]

Ну так сравните токопроводящие характеристики обычной меди, с ВСТП лентой пускай и медной.

В сверхпроводящем трансформаторе токопроводящие характеристики всегда сильно недоиспользуются.  Если у Вам нужен трансформатор на 4 МВт и 110кВт, то он будет пропускать ток 36 А, и от того, что его обмотка может пропустить килоамперный ток - пользы не будет никакой.

Реальные сверхпроводящие трансформаторы легче обычны, но не на порядки. Вот скажем реальное изделие (http://htsc-power.ru/bulletein.php?menu=bull_subj&id=318). Мощность 4 Мвт, масса 2 тонны (большая часть обмотки). Т.е. около 2 кВт/кг. А вот традиционные (https://leg.co.ua/info/transformatory/dvuhobmotochnye-trehfaznye-transformatory-moschnostyu-25-25-000-kv*a-na-napryazhenie-6-10-kv.html). Для ТМ-4000/10 У1 - 4 МВт, активная масса -  5.6 тонн, т.е. 0.7 кВт/кг. Т.е. сверхпроводящий по массе обмоток будет экономнее раза в 2-3, но говорить, что расход материалов на их изготовление будет незначителен - не верно.

вес и габариты трансформера во многом определяются ярмом - то есть гистерезисом магнито-мягкого железа... и никакие сверхпроводники это не отменят... Другое что в городах, можно класс напряжения кабелей снизить

[crazy_terraformer]

По сути сейчас только три группы материалы пригодных для сколько-нибудь приличных постоянных магнитов - сплавы редкоземельных элементов, ферриты стронция и бария, и сплавы железа с никелем и/или кобольтом (алнико, ални, FeCoCr). И все требуют не самых доступных элементов. Ферриты бария и стронция требуют наименее дефицитных компонент, однако вопрос где брать стронций и барий с вменяемой ценой (без месторождений) оставался. Сорбция на нанотрубках из оксида титана тут особых оснований для оптимизма относительно себестоимости такого стронция не давала. А это уже интереснее.

http://articles.adsabs.harvard.edu/full/1988LPI....19..831N

Title: "K-Frac + REEP-Frac": A New Understanding of KREEP in Terms of Granite and Phosphate Petrogenesis
Authors: Neal, C. R. & Taylor, L. A.
Journal: Abstracts of the Lunar and Planetary Science Conference, volume 19, page 831, (1988)
Bibliographic Code: 1988LPI....19..831N

(кликните для показа/скрытия)

(кликните для показа/скрытия)

Гафния кларка в KREEP-породах оказалось 35-40 ppm против 3 ppm в земной коре. 35-40 г/тонну мелочь, а приятно. Будет из чего рельсотроны делать и катоды для ЭРД.
Бария очень много 1000-1500 ppm=1-1,5 кг/тонну, считай руда бария. Кларк в земной коре Ba 425-600 согласно википедии.
По массе К2О-1%, Р2О5-1%, т.е. по 10кг каждого на тонну. Тория 19-20 ppm, против 9,6-13 ppm в земной коре, но всё равно маловато, хотя его концентрация должна быть выше в фосфатных зёрнах. Так что реголит или размолотая KREEP-порода подаётся обогащению в центрифуге....
Витлокиты Луны содержат 7500 ppm лантана и 220 ppm лютеция против 30ppm La и 0,5 ppm Lu в земной коре.

[MenFrame]

Уже лет 50 ведутся (с 70-х). И без видимых успехов. Откуда с большой вероятностью можно предположить, что тут их вообще никогда не будет. Все более-менее доступное уже перепробовали и убедились, что не работает как надо. Если что-то и найдёт, то это скорее всего будет какая-то дичайшая экзотика, требующая чего-то практически недоступного, из-за чего это для технологии не будет иметь никакой ценности.

Водород из воды может биота достаточно эффективно производить. Никитин в своей лекции по фотосинтезу говорил что есть глубинные водоросли которые из-за дефицита солнечного света довели кпд до 90%.

[Rattus]

Водород из воды может биота достаточно эффективно производить.

В условиях очень низких концентраций кислорода. Иначе обратная реакция кагбе становится куда более выгодной. Ну или водород должен сразу связываться с углеродом - а это как раз весьма малоэффективный процесс.

[MenFrame]

Ну или водород должен сразу связываться с углеродом

А водород не может в цепи фотосинтеза сразу связываться с водородом, давая его молекулу, которая вроде как при комнатных температурах с кислородом очень плохо реагирует?
Кислородную молекулу же умеют хлоропласты производить...

[Vadims]

Водород из воды может биота достаточно эффективно производить. Никитин в своей лекции по фотосинтезу говорил что есть глубинные водоросли которые из-за дефицита солнечного света довели кпд до 90%.

Сомнительно, возможно ошибка? Для водородной энергетики такие введены цвета в зависимости от способа производства:

[MenFrame]

Сомнительно, возможно ошибка?

Производить водород на солнце из водорослей напрямую мы не умеем. Может какие теоретические разработки есть.

[mbrane]

Никитин в своей лекции по фотосинтезу говорил что есть глубинные водоросли которые из-за дефицита солнечного света довели кпд до 90%.

крайне сомнительное заявление (или по краней мере интрепретация вами слов слов лектора)... Значительная энергия рассеивается еще  светособирающим комплексом ... Может уже после как состоялось разделение зарядов кпд и состовляет 90% но не ранее...

[Vadims]

Вот ещё может быть перспективный метод после доработки:

Создан дешевый и эффективный фотокатализатор для получения водорода
https://hightech.plus/2018/10/12/sozdan-deshevii-i-effektivnii-fotokatalizator-dlya-polucheniya-vodoroda

[Vadims]

И вот ещё один:

Химики предложили новый дешевый фотокатализатор для получения водорода из воды
25 июня 2020
https://mendeleev.info/himiki-predlozhili-novyj-deshevyj-fotokatalizator-dlya-polucheniya-vodoroda-iz-vody/

[Rattus]

А водород не может в цепи фотосинтеза сразу связываться с водородом, давая его молекулу, которая вроде как при комнатных температурах с кислородом очень плохо реагирует?

В присутствии кислорода - не может. Ибо оный ингибирует гидрогеназу также как и нирогеназу. Потому всё это - чисто анаэробные реакции.

[Vadims]

Сейчас в ряде стран (в т.ч. в РФ) готовятся пилотные проекты водородных городов.

[Vadims]

Извиняюсь за вырванные из контекста сообщения в теме, это сюда перенес модератор.

[AlexAV]

Создан дешевый и эффективный фотокатализатор для получения водорода
https://hightech.plus/2018/10/12/sozdan-deshevii-i-effektivnii-fotokatalizator-dlya-polucheniya-vodoroda

Из публикации:

The  present  work  demonstrates  a  highly  stable  and  efficient  reduced  H-doped  TiO2-xphotocatalyst system for sunlight-induced H2production from methanol-water with a quantum yield of 34.6% at 340 nm, 8.66 % at 400 nm, 3.95% at 420 nm, and 2.01 % at 454 nm.

Т.е. квантовый выход в видимом свете менее 4%, в КПД ещё ниже. При этом рассматриваемая структура содержит существенное количество платины. Под понятие "дешево" и "эффективно" это вообще никак не подходит. Стабильность 70 дней (особенно с учётом использования дорогой и дефицитной платины) - тоже никуда не годится. Ни о каком промышленном применение этого и речи быть не может.

[mbrane]

Т.е. квантовый выход в видимом свете менее 4%, в КПД ещё ниже. При этом рассматриваемая структура содержит существенное количество платины.

допировать двуокись титана можно по разному