Kernspaltung

[Pyromancer]

Nimm mal einen grossen Tagebau-Bagger, wie er im Ruhrgebiet eingesetzt wird: welcher Teil der Masse geht für Stützbauten drauf, und welcher Teil dient wirklich dem Abbau von Material? In der Schwerelosigkeit kannst du auf die Stützbauten verzichten.

Ich bin kein Bergbau-Ingenieur, aber wenn ich mir die Bilder anschaue, dann schätze ich den Stützbau-Anteil auf 10-20%, vielleicht 30%, wenn es hochkommt. Und darauf wird man auch in der Schwerelosigkeit nicht komplett verzichten können.

Dafür kann ich auf der Erde aber auch die Gravitationskraft nutzen, um die Baggerschaufeln ins Erdreich zu drücken, in der Schwerelosigkeit muss ich das aktiv machen und durch entsprechende Verankerungen dafür sorgen, dass mir der Bagger nicht in die andere Richtung davonfliegt.

Und kann man dieses Platin einfach so vom Asteroiden runterschaufeln? Oder hat man nicht vielmehr ein Mischmasch, wo dann hinterher maximal ein paar Prozent von dem Zeug mit drin dabei ist?

[Bynaus]

Und kann man dieses Platin einfach so vom Asteroiden runterschaufeln? Oder hat man nicht vielmehr ein Mischmasch, wo dann hinterher maximal ein paar Prozent von dem Zeug mit drin dabei ist?

Bei Eisenasteroiden ist es in der Eisenmatrix drin, mit einer Konzentration von etwa 0.1%. Man müsste die Eisenmatrix zertrümmern (das wäre mit Säure oder Lasern machbar) und dann die Trümmer in einen Sonnenofen geben, wo sie erhitzt, geschmolzen und die interessanten Elemente der Reihe nach durch Flotation abgetrennt würden.

Im Asteroidengürtel ist das ganze noch etwas einfacher, weil die Eisenmatrix unter den dort herrschenden Bedingungen recht spröde ist. Die Zertrümmerung könnte dort auch mechanisch erfolgen. Bloss ist der Asteroidengürtel halt ziemlich weit draussen, aber anderseits spielen lange Transferzeiten bei unbemannten Operationen ohnehin keine grosse Rolle.

[HiroP]

@Bynaus:

Ich stimme Dir insofern zu, dass es auf die Größe des Transporters ankommt, welches Landemanöver man wählt.

Für kleine Kapseln ist die direkte Landemethode sicher machbar und auch billig. Nimmt man aber einen großen Transporter, den man im Gürtel volllädt, so ist ein Entladen im Orbit sicher besser als ein gebremster Fall auf die Erde. Und ich bin in meinen Posts von einem großen Brummer ausgegangen (wobei man "groß" noch definieren müsste...)

@Pyromancer

In der Tat ist die Verankerung beim Asteroidenbergbau wahrscheinlich das größte Problem, insbesondere wenn man auf kleineren Asteroiden landet, die eher ein Konglomerat sind als ein fester Körper.

[Pyromancer]

Bei Eisenasteroiden ist es in der Eisenmatrix drin, mit einer Konzentration von etwa 0.1%. Man müsste die Eisenmatrix zertrümmern (das wäre mit Säure oder Lasern machbar) und dann die Trümmer in einen Sonnenofen geben, wo sie erhitzt, geschmolzen und die interessanten Elemente der Reihe nach durch Flotation abgetrennt würden.

Flotation? Funktioniert das in der Schwerelosigkeit überhaupt (ich bin auch kein Chemieingenieur )?
Allerdings werde ich immer skeptischer, je mehr du erzählst. Jetzt brauchen wir da oben nicht nur hochkomplexe Bergbau-Maschinen sondern auch noch eine halbe Raffinierie. Und das muss alles automatisch funktionieren.
Nochmal: Wie genau soll sich das rechnen?

[Bynaus]

Flotation? Funktioniert das in der Schwerelosigkeit überhaupt (ich bin auch kein Chemieingenieur )?

Natürlich müsstest du das zentrifugieren.

Jetzt brauchen wir da oben nicht nur hochkomplexe Bergbau-Maschinen sondern auch noch eine halbe Raffinierie.

Die Bergbaumaschinen und die "Raffinerie" sind nicht wirklich komplex. Eine Maschine, die Asteroidenmaterial in Stücke haut, eine zweite, die das Material zum Ofen transportiert und dann noch einen Ofen, der mit Sonnenenergie das geförderte Material erhitzt und lagert.

Nochmal: Wie genau soll sich das rechnen?

Es kommt drauf an, was du alles förderst, welche Preise dafür bezahlt werden und in welcher Dimension du das ganze ansetzt. Ist dein Ziel das Gewinnen von 1 kg Material, lohnt es sich nicht, (fast) egal, wie hoch der Preis ist. Bei einigen 1000 Tonnen sieht es dann schon anders aus. Wenn ich mich recht erinnere, lohnt es sich selbst bei hohen Entwicklungskosten ab einem Durchsatz von 1 Mio Tonnen Asteroidenmaterial pro Jahr, das heisst, bei 0.1% Konzentration der interessierenden Stoffe, ca. 1000 Tonnen wertvolle Metalle müssten pro Jahr zur Erde gebracht werden. Bevorzugte Elemente wären die der Platingruppe, Gold, Germanium sowie eventuell Phosphor (zum Füllen bei natürlichen Produktionsschwankungen). Je nach Preis für diese Elemente rechnet sich das dann recht schnell... (Überschlagsmässig: 1000 Tonnen * 10000 $ / kg = 10 Milliarden pro Jahr)
Auch Eisen, Nickel und Kobalt könnte man zurückbringen, allerdings muss wegen dem geringeren Preis in diesem Fall mit noch sehr viel grösseren Umsatzmengen gearbeitet werden. Eine Alternative in diesem Fall wäre, den Asteroiden gleich in einer Erdumlaufbahn abzuschleppen.

Es ist klar, mit heutiger Automation und mit heutigen Materialien würde es sich wohl noch nicht lohnen. Aber mit den Techniken, die in den nächsten Jahrzehnten entwickelt werden dürften, warum nicht?

[HiroP]

...
Es ist klar, mit heutiger Automation und mit heutigen Materialien würde es sich wohl noch nicht lohnen. Aber mit den Techniken, die in den nächsten Jahrzehnten entwickelt werden dürften, warum nicht?

Da gab es mal in Stephen Baxters "Multiversum: Zeit" eine Idee, genmanipulierte Kalmare als Kundschafter im Asteroidengürtel einzusetzen. Ein Weibchen wurde gentechnisch so verändert, dass es intelligent genug war, ein Raumschiff zu steuern. Dachte man. Tatsächlich war es aber intelligent genug, das Raumschiff zu verändern.

Unglücklicherweise war noch ein Männchen in den Tank an Bord des Raumschiffs gelangt, was unweigerlich dazu führte, dass am Ende des Buches sich eine Kalmar-Zivilisation bereits über einige Asteroiden ausgebreitet hatte, indem sie jeden Asteroiden bergbautechnisch bearbeiteten. Das ursprüngliche Raumschiff hatte nämlich eine solche Bergbauausrüstung zum Test dabei.

Es waren übrigens einige der ersten (und auch der späteren) Jungtiere nicht intelligent. Sie wurden von ihren intelligenten Artgenossen kurzerhand unter dem Gesichtspunkt der Rohstoffknappheit getötet und recycelt. Diese Rohstoffknappheit führte ursprünglich auch dazu, dass die erste Generation Kalmare beschloss, dass man mehr als nur einen Tank bräuchte, um zu überleben.

Eine phantastische Geschichte. Die übrigens im ersten Viertel dieses unseres Jahrhunderts spielt.

[Spocky]

Die beschleunigte Reise in die Zukunft ist nämlich physikalisch möglich und es ist definitiv sicherer als sich einfrieren zu lassen.

Physikalisch ist sie möglich, aber ich denke, bis wir die nötigen Geschwindigkeiten erreichen, sind die 122 Jahre auch rum - von jetzt an gerechnet sinds ja nur noch 81...

Das Einfrieren darf natürlich nicht ohne Vorbereitungen von statten gehen...

[Cordess]

- Wassereis für orbitale Tankstationen (Mond / Erde / L1)
- Platingruppenelemente von erdnahen Eisenasteroiden

Fürs erste.

Nun, die Wirtschaft orientiert sich erstmal daran, was billiger ist.
Und der Bergbau in der Tiefsee dürfte wesentlich billiger sein als der Bergbau im Weltraum.

Angesichts dessen, dass ein grosser Teil dieses Geldes auf die Entwicklung von Hardware und die Finanzierung der Startraketen drauf geht, und dass genau diese beiden Punkte durch die kommende Kommerzialisierung des Weltraums stark vergünstigt werden, ist das in der Tat eine realistische Option.

Ich glaube nicht das eine Kommerzialisierung das ganze wesentlich billiger macht.
Die Kommerzialisierung ist meistens ein Trugschluß.
Oft wird es entweder teurer oder die Sicherheit muß darunter leiden.

Siehe z.B. unser Stromnetz und dessen sinkende Zuverlässigkeit aufgrund der Kommerzialisierung.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Cordess schrieb nach 5 Minuten und 46 Sekunden:

Die Automatisierung unter Mikrogravitation würde den Abbau erleichtern. Einmal gestartet, müsste ein solches System von allein laufen, was sehr niedrige Betriebskosten zur Folge hätte.

Also auf der Erde gibt es Bergbaubetriebe die große Maschinen haben deren Aufgabe es ist, z.b. große harte Steine zu brechen was dazu führt, daß diese Maschinen ständig ausfallen.
Das Resultat davon ist, daß diese großen Maschinen regelmäßig gewartet und repariert werden müssen. Es müssen teilweise sogar ganze Bauteile ausgetauscht werden.

Und in Kanada werden z.B. schon Ölsande abgebaut und durch Leitungen aus Stahl gepumpt. Das Problem dabei ist nur, daß diese Ölsande wie Schmiergelpapier wirken, was zur Folge hat, daß die Leitungen aus Stahl ständig erneuert werden müssen.

Ich denke daher, ihr stellt euch das mit dem Bergbau im All zu einfach vor.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Cordess schrieb nach 4 Minuten und 39 Sekunden:

Und was den Rücktransport zur Erde angeht: Man würde ein magnetisch gestartetes automatisches Transportschiff benutzen. Es würde, einmal gestartet, antriebslos zur Erde fliegen, was es sehr billig machen würde.

Nein, daß geht nicht.

Ein derartiges Transportsystem würde wie ein Antrieb auf die Bergbaufabrik wirken.
Denn die durch magnete auf die Erde beschleunigten gewonnen Resourcen würden wie Treibstoff aus der Fabrik getrieben werden und die Fabrik letzten endes dadurch aufgrund des Rückstoßeffekts beschleunigen.

Wenn man also ein magnetisches Transportsystem verwendet, dann müßte man die Fabrik ständig an ihrer Position halten.

Eventuell würde es ja gehen, wenn man den nicht benötigen Müll in die andere Richtung pusten würde.
Aber wer will so viel Schutt und Trümmer freifliegend im Raum haben?

Ganz unberücksichtigt ist hierbei auch noch, daß man die Resourcen irgendwo in einen Eisenbehälter einpacken muß, damit man sie mit einem Magneten beschleunigen kann.
Oder der Behälter braucht ein elektrisch erzeugtes eigenes Magnetfeld.


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
Cordess schrieb nach 3 Minuten und 39 Sekunden:

Die Zertrümmerung könnte dort auch mechanisch erfolgen.

Nein, siehe oben.
Das ergibt sehr hohe Wartungskosten und Ersatzteilkosten.

Die Idee mit dem Laser finde ich da besser.

[Bynaus]

Nun, die Wirtschaft orientiert sich erstmal daran, was billiger ist.

Stimmt genau. Deshalb werden sich schon in 10 bis 20 Jahre orbitale Treibstoffdepots lohnen. Zuerst werden sie noch von der Erde versorgt werden, später vom Mondsüdpol und von erdnahen, eisreiche Asteroiden aus. Dann erst kommt der Abbau von Metallen.

Und der Bergbau in der Tiefsee dürfte wesentlich billiger sein als der Bergbau im Weltraum.

Das bezweifle ich. Die Umweltbedingungen in der Tiefsee sind wesentlich menschen- und technikfeindlicher als im freien Weltraum. Zudem findest du in der Tiefsee die wirklich wertvollen, seltenen Metalle nicht, mal abgesehen von Mangan aus Manganknollen und eventuell die Abscheidung von Gold aus Meerwasser, die sich allerdings heute nicht lohnt.

Ich glaube nicht das eine Kommerzialisierung das ganze wesentlich billiger macht.

Ich schon, zumindest im Sektor der Raumfahrt gibt es gewaltige Einsparungspotentiale. Da haben sich z.T. haarsträubende Abhängigkeitsketten gebildet, die sich alle aus der Annahme speisen, dass die NASA Jahr für Jahr 15-18 Milliarden Dollar erhält, dass sich an den Anforderungen nichts gross ändern und man so keine Anstrengung unternehmen muss, günstiger zu liefern, weil man ohnehin keine Konkurrenz hat...

Ich denke daher, ihr stellt euch das mit dem Bergbau im All zu einfach vor.

Das ist mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit tatsächlich so. Wie bei allem übrigens: Schwierigikeiten tauchen immer dann auf, wenn man die Probleme anpackt, aber wenn man diese Schwierigkeiten als Herausforderungen versteht und eine sowohl physikalisch mögliche und wirtschaftlich zulässige Lösung findet - dann hat man gewonnen.

Ein derartiges Transportsystem würde wie ein Antrieb auf die Bergbaufabrik wirken.

Stimmt. Bloss rechne mal aus, was es ausmacht, wenn du von einem eine Billion Tonnen schweren Eisen-Asteroiden (und das wäre noch ein ziemlich kleines Exemplar von ~1 km Durchmesser) alle paar Monate ein hundert Tonnen Schiff startest...

[Cordess]

Stimmt. Bloss rechne mal aus, was es ausmacht, wenn du von einem eine Billion Tonnen schweren Eisen-Asteroiden (und das wäre noch ein ziemlich kleines Exemplar von ~1 km Durchmesser) alle paar Monate ein hundert Tonnen Schiff startest...

Nun, bei deiner Frage denke ich jetzt an ein großes Raumschiff und an einen kleinen schwachen Ionenantrieb.

[HiroP]

...
Nein, daß geht nicht.

Ein derartiges Transportsystem würde wie ein Antrieb auf die Bergbaufabrik wirken.
Denn die durch magnete auf die Erde beschleunigten gewonnen Resourcen würden wie Treibstoff aus der Fabrik getrieben werden und die Fabrik letzten endes dadurch aufgrund des Rückstoßeffekts beschleunigen.
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Und ob das geht.
Natürlich würde sich der Impuls des Transporters auf den Körper übertragen, auf dem der Beschleuniger verankert ist. Daher würde man ihn auch nicht an der Fabrik selbst sondern in der Nähe auf dem Boden verankern.

Der Begriff "Transporter" ist wohl auch etwas zu hoch gegriffen. Es würde sich eher um eine Art Kontainer mit Steuerung und begrenzter Manövrierfähigkeit handeln.

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Ganz unberücksichtigt ist hierbei auch noch, daß man die Resourcen irgendwo in einen Eisenbehälter einpacken muß, damit man sie mit einem Magneten beschleunigen kann.
Oder der Behälter braucht ein elektrisch erzeugtes eigenes Magnetfeld.
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Das ganze würde eher wie ein Transrapid funktionieren.
Der Kontainer muss nicht vollständig magnetisch sein. Er erzeugt, wie du gesagt hast, sein eigenes Magnetfeld, das mit dem des Beschleunigers wechselwirkt. Ein Kontainer aus Eisen wäre viel zu schwer.

[Bynaus]

Nun, bei deiner Frage denke ich jetzt an ein großes Raumschiff und an einen kleinen schwachen Ionenantrieb.

Die entscheidende Punkt ist der Impuls: auch beim Ionenimpuls wird die geringe Masse der ausgestossenen Ionen durch ihre grosse Geschwindigkeit (im Vergleich zu Raketenausstoss-Gasen) kompensiert. Ein Frachter, der zur Erde fliegt, ist aber nicht besonders schnell, und dann ist man eben wieder bei der eher kleinen Wirkung.

[blueflash]

Da sag mal noch einer aus Grundlagenforschung erwächst nix nützliches. Das ist wirklich mal ein Durchbruch!

Nuclear Fusion-Fission Hybrid Could Destroy Nuclear Waste and Contribute to Carbon-Free Energy Future | The University of Texas at Austin

[Cordess]

Da sag mal noch einer aus Grundlagenforschung erwächst nix nützliches. Das ist wirklich mal ein Durchbruch!

Nuclear Fusion-Fission Hybrid Could Destroy Nuclear Waste and Contribute to Carbon-Free Energy Future | The University of Texas at Austin

Tja, leider kein Wort dazu, wie der Super X Divertor genau funktioniert oder aufgebaut ist.

Super X Divertor. The Super X Divertor is designed to handle the enormous heat and particle fluxes peculiar to compact devices; it would enable the CFNS to safely produce large amounts of neutrons without destroying the system.

Jedes feste Material dürfte von Neutronenbeschuß betroffen sein und Neutronen kann man auch nicht elektrisch oder magnetisch ablenken.

Außerdem braucht man die Neutronen, die von dem Fusionsreaktor erzeugt werden, selbst wieder um den Brennstoff Tritium für den Fusionsreaktor herzustellen,
es sei denn, man erbrütet das Tritium weiterhin in herkömmlichen Kernspaltungsreaktoren.
Womit die ganze Geschichte den einen Haken hat, daß der Kreislauf nie ganz ohne Kernspaltungsreaktor auskommt.


Denn eine Fusion zwischen He² und He³ erzeugt leider dummerweise nur 1 freiliegendes Neutron, das wiederum bei einem herkömmlichen Kernfusionsreaktor wie ITER von He² eingefangen werden sollte, damit He³, also Tritium draus wird, so ist es zumindest bei den bisher geplanten Fusionsreaktoren geplant.


Nimm man aber das eine Neutron um radioaktiven Müll unschädlich zu machen,
dann fehlt das Neutron für die Herstellung von Tritium.
Mit andern Worten, dem Kernfusionsreaktor geht der Brennstoff aus, es sei denn, man erbrütet das Tritium in herkömmlichen Kernspaltungsreaktoren.


Der Kernspaltungsreaktor wird also den Fusionsreaktor brauchen und umgekehrt.


Mit dem Rubiatom Beschleuniger kann man einfacher Neutronen aus einem Bleitarget herausschlagen ohne dem Fusionsreaktor, der in ferner Zukunft den Beschleuniger mit Energie versorgen soll, die Neutronen zum erbrüten seines eigenen Tritiums zu stehlen.

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Ein äusserst interessanter Artikel:

Brennwellen fr ein revolutionres Reaktorkonzept ( NZZ Online)

Der Autor stellt einen neuen Typ Kernspaltungsreaktor vor, der verschiedene Vorteile hat:

- Er nutzt das eingesetzte Uran rund 40 mal besser als bisherige Reaktoren. Damit verlängert sich die Vorhaltezeit des billigen Urans von 50 auf 2000 Jahre.

- Er funktioniert mit Natururan, es ist also keine Anreicherung mehr nötig.

Wissenschaftler haben jetzt eine Möglichkeit entdeckt, Elektrizität direkt aus der Kernspaltung zu gewinnen, ohne dabei den Umweg über die thermische Energie gehen zu müssen:

Neue nukleare Energiequellen möglich

ließe sich das irgendwie kombinieren?(quasi ein abbrennender Stab der konstant Strom produziert?)