He estado pensando mucho en esto y creo que tengo una respuesta.
Primero, una lección de química. La parte importante del mineral de hierro es el óxido de hierro (óxido). También hay sulfuros de hierro, pero se convierten en óxidos de hierro cuando los calientas. Desafortunadamente, no puedes hacer hierro al calentarlos. Eso no funciona Necesitas algo que pueda extraer químicamente el oxígeno del hierro.
Es posible hacer esto con Electrólisis – Wikipedia. Así es como refinamos el aluminio aquí en la Tierra. Requiere una gran cantidad de electricidad, y probablemente no sea factible en Marte.
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En la Tierra, el proceso de fundición: el mineral de Wikipedia al hierro utiliza coque (combustible) para extraer químicamente este oxígeno. El coque es una fuente de carbono razonablemente pura y barata que fabricamos con carbón. El carbono caliente primero arranca un átomo de oxígeno para formar monóxido de carbono, y luego regresa durante unos segundos para extraer otro oxígeno y produce dióxido de carbono. Luego, el dióxido de carbono explota la chimenea.
En Marte, la mayor parte del carbono ya es dióxido de carbono. Necesitamos una forma de obtener una forma utilizable para la fundición. Hay varias maneras de hacer esto. Tú podrías…
- cultivar plantas, luego convertirlas en carbón
- Muy ineficiente. Requiere mucho espacio de crecimiento y nutrientes.
- dividir el CO2 en monóxido de carbono (CO) mediante electroquímica
- El oxígeno que esto produce es un producto de desecho útil.
- Use el producto de desecho de monóxido de carbono de la reacción de cambio de agua-gas – Wikipedia que ya está utilizando para hacer combustible para sus cohetes.
Si estoy refinando metales para una colonia de Marte, probablemente sea la opción 3. Si estoy haciendo esto en un dispositivo independiente, probablemente sea la opción 2.
Con cualquiera de las dos últimas opciones, tenemos el monóxido de carbono como agente reductor.
Vale la pena señalar que el hidrógeno también se puede usar como agente reductor, pero no parece probable que esto sea debido a la escasez de agua superficial y que el CO2 esté disponible de forma gratuita como aire.
Una vez que tenga su agente reductor, tenemos que calentar el mineral (1500C) para que comience la reacción. Esto requiere un poco de ingeniería inteligente para hacerlo de manera eficiente en energía. La respuesta aquí depende de la fuente de energía disponible.
- Solar directo: enormes espejos calientan el mineral en una pequeña cámara de reacción bien aislada. (Solo funciona durante el día)
- Energía solar indirecta: los paneles solares generan electricidad que puede almacenar y convertir en calor cuando la necesita. (Los paneles solares son ineficientes).
- Otro, probablemente nuclear: use electricidad para generar calor.
Una vez que el óxido de hierro está caliente, soplar CO a través del mineral reducirá el metal. Como Marte no tiene una cantidad significativa de oxígeno en la atmósfera, es posible que pueda escapar sin usar un fundente. (Se requiere experimento).
Desde aquí puede extraer el hierro al igual que lo hace una fundición de tierra, o puede bombear oxígeno a través de él para limpiar el hierro y agregar impurezas específicas para hacer acero.
He pasado por alto una pieza importante. Nada de esto funciona sin mineral de hierro. En la Tierra reunimos esto extrayendo roca y aplastándola. Uno de los mejores minerales para esto es la hematita, y la hemos encontrado en Marte. Extraerlos es probablemente un trabajo para robots semiautónomos.
(Comience la ficción especulativa).
Cuando sueño con Marte, veo una máquina como un Roadheader: Wikipedia. Al principio, solo barre las rocas de la superficie, pero luego tritura las rocas para recoger el mineral. Se alimenta de eso a un camión volquete para transportarlo de regreso al procesador. El procesador muele la roca y la precalienta con el calor residual del horno para expulsar el vapor de agua. Este vapor es capturado y condensado para otro uso. Luego, el mineral cae en un horno de crisol en forma de cono con una puerta en la parte inferior y lateral. Se calienta y el CO pasa a través del mineral para reducir el metal. El metal fundido pasa continuamente por la puerta inferior y se enfría y se enrolla en una bobina de alambre. La escoria se extrae, aún caliente, y se arroja a Marte Legos.
El cable se puede volver a fundir en partes o (lo más probable) cargar en una impresora 3D. Todavía no he encontrado un uso específico para los Legos, pero las baldosas de basalto vidriosas planas deben ser útiles para algo.
