Elektrolyse in der Umlaufbahn?

Hallo
mal ne ganz andere Frage: Für Missionen von der Erde weg müssen ja erhebliche Kraftstoffmengen in den Orbit transportiert werden. Entsprechende Konzepte eine "Weltraumtankstelle" sind ja auch nicht neu. Jetzt hatte ich Folgende Idee. Wenn man eine Raumstation mit sehr großen Solarzellen betriebt, könnte man ja relativ einfach aus flüssigen Wasser Wasserstoff und Sauerstoff gewinnen. das müsste man dann wieder verflüssigen und damit eine Orbitale Transfährstufe betanken. Davon ausgehend das das Wasser von der Erde kommt spart man zwar keine Treibstoffmasse, wohl aber erheblich Tankmasse: Flüssiger Wasserstoff hat eine Dichte von 69.4 kg/m³ Sauerstoff finde ich auf die Schnelle nicht...
Dem Gegenüber steht natürlich die Masse der Anlage + Solarzellen gegenüber das ganze macht also nur Sinn wenn man einen permantenten Pendelverkehr unterhält. z.b zum Mond...

MFG S

Möglich wäre es schon. Aber es lohnt sich (noch eine ganze weile) nicht.

Zum einen sind die benötigten anlagen nicht gerade klein und leicht und Wartungsfrei (v.a. das auffangen und Rückverflüssigen), zum zweiten braucht man da erst mal einen erheblichen Markt an LOX/LH2, zum dritten geht es auf dem Satellitenmarkt eh gerade eher zum Ionentriebwerk und zum vierten ist der Bottleneck bei Nutzlastbeförderung in den Weltraum eher bei der Masse als beim Volumen.

Naja, wir haben ja in dem anderen Thread festgestellt das wir 600t Sauerstoff und 100t Wasserstoff pro Raumschiff zum Mars brauchen 
Kleines Volumen bedeutet kleines Tankgewicht bedeutet hohe Nutzlast, der Tank ist ja keine Nutzlast in diesem Sinne...

MFG S

Es gibt ja quasi die umgekehrte Idee: Wasser vom Mond nutzen, um Treibstoff für den Pendelverkehr herzustellen. Der Potenzialtopf der Mondgravitation ist deutlich flacher und der Rohstoff lässt sich leichter in den Orbit transportieren. Man könnte das Ganze dann auch direkt auf der Oberfläche herstellen. Starten von der Oberfläche ist dort halt einfacher.

Es gibt ja quasi die umgekehrte Idee: Wasser vom Mond nutzen, um Treibstoff für den Pendelverkehr herzustellen. Der Potenzialtopf der Mondgravitation ist deutlich flacher und der Rohstoff lässt sich leichter in den Orbit transportieren. Man könnte das Ganze dann auch direkt auf der Oberfläche herstellen. Starten von der Oberfläche ist dort halt einfacher.

wenn es genug Wasser auf dem Mond gibt an das man einfach ran kommt, wäre das natürlich das Optimum, wenn es da nur Sauerstoff gibt ist es schon ein erheblicher Gewichtsvorteil, bedeutet halt aber sehr große Tankvolumen für den Wasserstofftransport von der Erde...
müsste man Massentechnisch mal mit einem "Großen Ionenantrieb" vergleichen...

MFG S

Möglich wäre es schon. Aber es lohnt sich (noch eine ganze weile) nicht.

Zum einen sind die benötigten anlagen nicht gerade klein und leicht und Wartungsfrei (v.a. das auffangen und Rückverflüssigen), zum zweiten braucht man da erst mal einen erheblichen Markt an LOX/LH2, zum dritten geht es auf dem Satellitenmarkt eh gerade eher zum Ionentriebwerk und zum vierten ist der Bottleneck bei Nutzlastbeförderung in den Weltraum eher bei der Masse als beim Volumen.

Ich weiß dass es Untersuchungen bei Airbus zu dem Thema gibt. Das praktische ist: Ein elektrisch betriebenes Raumfahrzeug hat viel Leistung. Diese Leistung kann dazu genutzt werden, Wasser elektrolytisch in H2 und O2 zu trennen. Gut ist dabei, wie schon erwähnt, dass flüssig Wasser viel einfacher lagerbar ist als H2 und O2. Wenn jetzt das Raumfahrzeug für ein spezielles Manöver mehr Schub braucht, als ein Ionentriebwerk leisten kann, kann die Energie stattdessen für ein chemisches Triebwerk benutzt werden. Beispiel: Orbit Einschuss von interplanetarer Sonde. Bei Airbus werden dabei gepulste Triebwerke untersucht. Aber ich finde leider keine Veröffentlichung dazu gerade.

Zitat von: Sensei am 12. April 2017, 23:28:04

Möglich wäre es schon. Aber es lohnt sich (noch eine ganze weile) nicht.

Zum einen sind die benötigten anlagen nicht gerade klein und leicht und Wartungsfrei (v.a. das auffangen und Rückverflüssigen), zum zweiten braucht man da erst mal einen erheblichen Markt an LOX/LH2, zum dritten geht es auf dem Satellitenmarkt eh gerade eher zum Ionentriebwerk und zum vierten ist der Bottleneck bei Nutzlastbeförderung in den Weltraum eher bei der Masse als beim Volumen.

Ich weiß dass es Untersuchungen bei Airbus zu dem Thema gibt. Das praktische ist: Ein elektrisch betriebenes Raumfahrzeug hat viel Leistung. Diese Leistung kann dazu genutzt werden, Wasser elektrolytisch in H2 und O2 zu trennen. Gut ist dabei, wie schon erwähnt, dass flüssig Wasser viel einfacher lagerbar ist als H2 und O2. Wenn jetzt das Raumfahrzeug für ein spezielles Manöver mehr Schub braucht, als ein Ionentriebwerk leisten kann, kann die Energie stattdessen für ein chemisches Triebwerk benutzt werden. Beispiel: Orbit Einschuss von interplanetarer Sonde. Bei Airbus werden dabei gepulste Triebwerke untersucht. Aber ich finde leider keine Veröffentlichung dazu gerade.

Richtig da ist man dann sehr flexibel, man kann auch einen Teil des Sauerstoffs für die Besatzung nutzen, mit dem Wasserstoff und dem CO² macht man dann Hydrazin für die Manöverierdüsen, die Besatzung kann das Wasser auserdem trinken und als Strahlenschutz nutzen...

In die Rechnung einzubeziehen wäre -
- nach längerer Mission mit Wasser als "lagerfähigem Treibstoff" wird dessen Strahlenschutz weniger und weniger. Logisch. Was hinten rausgeblasen wird ist weg.

Davon Abgesehen - meinst Du wirklich Hydrazin Herstellung unterwegs
 
- man möge ausrechnen, welche Anlage (Anlagengröße und -Gewicht, Effektivität, Energieverbrauch, CO2 Ausfilterung) benötigt wird, um mal eben aus H2 und CO2 Hydrazin herzustellen.
- welche Anlage (Gewicht, Sicherheit) wird benötigt, um über lange Zeit sicher zu lagern und zu pumpen.
- Für die Herstellung werden Zwischenprodukte benötigt, die mit transportiert werden müssen. U.a. Stickstoffhaltige !
- Einigermaßen konzentriertes Hydrazin ist Giftig und kann durch äußere Einflüsse spontan explodieren.
Aber wie Sensei schon sagte - wenn ich soviel Energie habe, kann ich sämtliche Energie und Transportkapazität vielleicht besser in ein Haufen Ionentriebwerke stecken. Hier wird nur einmal an Wirkungsgrad verloren, aber in o.g. Anlagen durch die Zwischenschritte mehrfach.

Allenfalls würde sich so eine stationäre Anlage auf dem Mond rechnen . Natürlich untermondisch und nicht in einer mit 3D Druckern mal eben nebenbei ganz einfach herzustellenden Kuppel 
Und natürlich vorausgesetzt, man hat dort wirklich überraschend große Wasservorkommen entdeckt.

@Sensei - "Das praktische ist: Ein elektrisch betriebenes Raumfahrzeug hat viel Leistung."
Das klingt so ein bissel wie "hat automatsch" . Wie meinst Du das? RTGs? Riesensolarzellen ? Atomreaktor ?

Das war Kryo, nicht ich.

Aber ich schätz mal er meinte: wenn die Sonde die Ionentriebwerke gerade nicht braucht kann man die gerade nicht verwendete Leistung der Solarzellen dazu verwenden die Elektrolyse zu betreiben.

@McF vergiss Hydrazin ich meinte Methan.

Die Kombination von Elektrolyse und Ionenantrieb ist geradezu genial das eine für konstanten Schub das andere für kurze schubstarke Manöver überschüssiger Strom kann auch als Gas gelagert werden und durch Brennstoffzelle zurückverwandelt werden Massentechnich sicher Besser als Akkus

Sorry Sensei

@McF vergiss Hydrazin ich meinte Methan.

Die Kombination von Elektrolyse und Ionenantrieb ist geradezu genial das eine für konstanten Schub das andere für kurze schubstarke Manöver überschüssiger Strom kann auch als Gas gelagert werden und durch Brennstoffzelle zurückverwandelt werden Massentechnich sicher Besser als Akkus

Naja, aber auch nicht unbegrenzt. Das Wasser muss trotzdem mitgeschleppt werden, wodurch dein Ionentriebwerk eine geringere Beschleunigung erreicht. Aber ein Kompromis kann für bestimmte Anwendungen sicher vorteilhaft sein.

Vergeßt aber nicht, daß für Elektrolyse eine gewisse Mindestschwerkraft erforderlich ist, die mit "irgendwas" erzeugt werden muß, das Gewicht hat. Man kann zwar viel mit Diaphragmen und Membranen machen, aber die Gasblasen müssen gesagt kriegen, in welche Richtung sie voller Arbeitselan zu gehen haben, anstatt den Elektrodenraum zu blockieren und gar teilweise in Lösung zu gehen. Oder etwa, da sei Gott vor, Knallgas zu bilden
☠

Vergeßt aber nicht, daß für Elektrolyse eine gewisse Mindestschwerkraft erforderlich ist, die mit "irgendwas" erzeugt werden muß, das Gewicht hat. Man kann zwar viel mit Diaphragmen und Membranen machen, aber die Gasblasen müssen gesagt kriegen, in welche Richtung sie voller Arbeitselan zu gehen haben, anstatt den Elektrodenraum zu blockieren und gar teilweise in Lösung zu gehen. Oder etwa, da sei Gott vor, Knallgas zu bilden
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Das ist interessant (habe noch keine Ahnung von). Angeblich wird die Elektrolyse auf der ISS bereits betrieben:

Mit Versorgungsschiffen
muss immer wieder für Nachschub an Wasser gesorgt
werden – aber eben nicht so viel, wie ohne Recycling
nötig wäre. Dabei dient dieses Wasser nicht nur zum
Trinken, sondern auch als Ausgangsbasis für die
Herstellung des Sauerstoffs, den die Astronauten zum
Atmen brauchen: Mittels Elektrolyse lässt sich Wasser
in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten, wobei der
Wasserstoff auf der ISS nicht weiter genutzt wird.

Quelle:
http://www.dlr.de/next/PortalData/69/Resources/downloads/ISS_DLR_Schuelerheft_20151216_web.pdf

Wie machen die das?


Andere Frage nebenbei: habt ihr den Wirkungsgrad der Elektrolyse mitberechnet? (nur 70%)

Zitat von: McPhönix am 13. April 2017, 18:04:43

Vergeßt aber nicht, daß für Elektrolyse eine gewisse Mindestschwerkraft erforderlich ist, die mit "irgendwas" erzeugt werden muß, das Gewicht hat. Man kann zwar viel mit Diaphragmen und Membranen machen, aber die Gasblasen müssen gesagt kriegen, in welche Richtung sie voller Arbeitselan zu gehen haben, anstatt den Elektrodenraum zu blockieren und gar teilweise in Lösung zu gehen. Oder etwa, da sei Gott vor, Knallgas zu bilden
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Das ist interessant (habe noch keine Ahnung von). Angeblich wird die Elektrolyse auf der ISS bereits betrieben:

Zitat

Mit Versorgungsschiffen
muss immer wieder für Nachschub an Wasser gesorgt
werden – aber eben nicht so viel, wie ohne Recycling
nötig wäre. Dabei dient dieses Wasser nicht nur zum
Trinken, sondern auch als Ausgangsbasis für die
Herstellung des Sauerstoffs, den die Astronauten zum
Atmen brauchen: Mittels Elektrolyse lässt sich Wasser
in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten, wobei der
Wasserstoff auf der ISS nicht weiter genutzt wird.

Quelle:
http://www.dlr.de/next/PortalData/69/Resources/downloads/ISS_DLR_Schuelerheft_20151216_web.pdf

Wie machen die das?


Andere Frage nebenbei: habt ihr den Wirkungsgrad der Elektrolyse mitberechnet? (nur 70%)

Großtechnische Elektrolyse in der Schwerelosigkeit hat mit sicherheit noch niemand gemacht. Ich könnte mir folgendes vorstellen:
die Gasblasen werden mit dem Wasser von den Elektroden weggesaugt und dann Separiert evtl. mit einer Zentrifuge? das Wasser(bzw. Lauge?) dann wieder zurückgeführt...

Welchen Gesamt wirkungsgrad wird es wohl haben kyrogene Treibstoffe in den Weltraum zu transportieren? und die Energie für die Elektrolyse auf der Erde ist ja auch nicht umsonnst...

MFG S

" und dann Separiert evtl. mit einer Zentrifuge? "
Genau das meinte ich mit Mindestschwerkraft.
Kleine Mengen kann man sicher mit Membrantechnik bewältigen, aber wenn man mehr braucht....
 Und ich weiße nochmal auch auf die Sicherheit hin. Die auch wieder direkt ins AnlagenGewicht eingerechnet werden muß.