Pregunta:
Calentamiento global: ¿por qué la humanidad no recolecta calor (energía térmica) y lo convierte en electricidad o lo envía al espacio?
Martin Eckleben
2020-01-09 22:35:52 UTC
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¿Por qué la humanidad no "recolecta" energía térmica (tiene que haber alguna forma: acoplamientos térmicos, desvío sobre energía química, lo que sea) y después de que se ha concentrado en un punto, la convierte en energía eléctrica (como hacen las turbinas de vapor) o al menos irradiarlo al espacio?

Los intercambiadores de calor se pueden comprar para uso doméstico, funcionando como refrigeradores al revés en invierno para calentar y no al revés para enfriar en verano. Hay granjas solares donde la luz solar se redirige a un intercambiador de calor para producir vapor para la generación de electricidad. ¿Por qué enviar energía al espacio (además de la televisión y la radio haciendo eso todo el tiempo)?
@CrossRoads para al menos deshacerse de él, resolviendo el calentamiento global, si no es posible usarlo. Si es así, ¡incluso mejor! ¿Es posible que los intercambiadores de calor necesiten más energía de la que pueden generar al agrupar calor y enviarlo a una turbina, es decir?
@ebv También se podría almacenar en grandes baterías de piedra como la de Energy Vault, es decir, "en comparación con la generación de energía solar", no se trata de generación, se trata de eliminar el exceso de energía térmica en la atmósfera para detener el calentamiento global. ¿Por qué convertirlo en energía eléctrica eliminaría energía de la atmósfera y resolvería el calentamiento global? :)
Una forma sería pintar todo de blanco para reflejar la energía solar que regresa constantemente al espacio. Pero luego tendríamos que deshacernos de los gases de efecto invernadero que están provocando que la energía se retenga. Lea este artículo https://www.wri.org/blog/2018/03/taking-greenhouse-gases-sky-7 -things-know-about-carbon-remoción y busque en Google otros artículos sobre "eliminar gases de efecto invernadero".
Las plantas de energía que son más eficientes y no producen CO2 parecerían ser otra forma de no poner más gases de efecto invernadero en la atmósfera https://www.netpower.com/technology/ Video de la planta - y método interesante para convertir el carbono de ¡El gas natural vuelve a las rocas! https://www.youtube.com/watch?v=1zDZmIDbDO0
Re: "la cosa más tonta que jamás se haya preguntado", no, hay muchas cosas tontas que se han preguntado. E incluso si no hubo, como usted insinúa, todo lo que todos aprendieron, lo aprendieron algún día de su vida. Hoy es tu día para esta pregunta. Re: "tiene que haber alguna manera" - ** La ciencia ya sabe cómo resolver el calentamiento global. Hay una manera. ** Lo que no hay es * una manera de resolver el problema sin cambiar masivamente la política energética *. Los gobiernos carecen de voluntad para implementar incluso los primeros pequeños pasos de una solución. Lamentablemente, las víctimas de esta inacción serán su generación.
@EricLippert Bueno, ciertamente hay cosas que se pueden hacer para enfriar el medio ambiente global. Solo tenemos que asegurarnos de que se elija cualquier cura o combinación de curaciones: que la cura no sea peor que la enfermedad. Salir del aceite de golpe está garantizado que causará más problemas de los que resuelve ...
@StianYttervik No creo que nadie crea que económicamente podamos dejar el petróleo fuera de la ecuación. Podemos * subsidiar masivamente la energía renovable y aumentar la tasa del impuesto a la contaminación para inducir a los sectores privados a cambiar, pero eso será un suicidio político con la población, ya sea completamente reacia o mal informada sobre los sacrificios que se deben hacer.
@EricLippert "Los gobiernos carecen de la voluntad de implementar incluso los primeros pequeños pasos de una solución". Porque quieren ser reelegidos y a los votantes no les gusta recibir una factura de energía más alta para compensar el costo adicional.
[¿Por qué el debate sobre el cambio climático a menudo se enmarca en términos de si se debe o no a la actividad humana?] (Https://politics.stackexchange.com/questions/25871/why-is-the-climate-change-debate- tan a menudo enmarcado en términos de si es o no) "La pregunta de si los humanos causan o no el cambio climático es importante porque para muchas personas una respuesta de 'no' eliminará la necesidad de actuar, y incluso si la respuesta es 'sí', ayuda a determinar ** quién debe pagar ** ".
@Mazura, la mentalidad de "si no causamos el cambio climático, no podemos hacer nada para afectar los cambios climáticos naturales de la naturaleza" no solo elimina la necesidad de actuar, sino que también elimina la creencia de que hay algo que hacer al respecto. Entonces, no solo se convierte en algo que no hicimos activamente, sino que también se convierte en algo que no podemos hacer activamente para solucionarlo, por lo que podemos continuar siendo perezosos y simplemente ver cómo el mundo se quema. Esto mima a las personas para que en general ni siquiera intenten hacer cosas, lo que en mi opinión es la razón por la que es tan popular.
Hay una diferencia entre "estúpido" e "ignorante". "Estúpido" no puede o no quiere aprender nada, pero la ignorancia es simplemente una falta de información. Hacer esta pregunta admite ignorancia, no estupidez, ya que está tratando de obtener más información para frenar su ignorancia. Y todo el mundo ignora algo, ya que nadie lo sabe todo.
* ¿Hay alguna forma de recolectar calor y transferirlo al espacio? *; De lo contrario, esto pertenece a Política o este hilo de comentarios nunca terminará.
@computercarguy: Por supuesto que hay una tercera opción, la negación. Si bien el estúpido no puede aprender (o no se molestará), la negación se niega a aprender porque las consecuencias del aprendizaje pueden ser inconvenientes.
@jamesqf,, ¿qué te hace pensar que la negación no es parte de "estúpido"? Incluí negarme a aprender como parte de mi definición de "estúpido". Estoy de acuerdo en que la negación requiere un tipo de mentalidad diferente a la de "no se puede aprender", pero resulta en lo mismo, generalmente con peores consecuencias, ya que intentan convencer a la gente de que su negación es correcta. Esto, sin embargo, está muy fuera del tema de la Pregunta original.
@computercarguy: Creo que es importante hacer la distinción, ya que el mundo tiene demasiadas personas inteligentes que niegan todo tipo de cosas.
La inteligencia y la inteligencia de @jamesqf, son dos cosas diferentes. Una persona puede tener un coeficiente intelectual alto, pero tener una comprensión tenue de la realidad. Todos hemos conocido a personas que realmente conocen el tema en el que se han especializado, pero luego dicen las cosas más estúpidas sobre casi cualquier otro tema. Algunas de estas mismas personas incluso asumirán que tienen razón porque son inteligentes en su especialidad elegida, sin darse cuenta de que eso no se traduce en otros temas y que tienen puntos ciegos de los que no se dan cuenta. Me viene a la mente Sheldon de The Big Bang Theory. Muy inteligente y muy estúpido al mismo tiempo.
@computercarguy: Tu ejemplo, tal vez sin saberlo, señala otra diferencia. Me considero bastante inteligente (sin mencionar que me quedo corto :-)), y sospecho que tiene una opinión similar de usted mismo. Pero tu ejemplo falla porque no tengo ni idea de quién es Sheldon o cómo se comporta. Pero lo que quise decir es la tercera opción de negación: personas inteligentes que SÍ conocen un tema, pero se niegan a aceptarlo.
@jamesqf,, su falta de conocimiento de quién es Sheldon se puede explicar por simple ignorancia por no haber visto The Big Bang Theory. Y la negación sigue siendo una forma de "no aprenderé". Además, esto se aleja mucho del tema original.
@computercarguy: Yo diría que es más una negación, ya que tomé la decisión deliberada de no ver televisión. Y aunque puede estar fuera de lugar, sigo pensando que es interesante.
Once respuestas:
#1
+50
jamesqf
2020-01-10 00:48:39 UTC
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Quizás la física de tu escuela secundaria aún no haya llegado a la termodinámica. Las tres leyes de las cuales se pueden resumir en 1) No se puede ganar; 2) Ni siquiera puede cubrir los gastos; 3) No puedes dejar el juego.

El punto crucial aquí es que los motores térmicos no funcionan con calor, sino con diferencias de temperatura. Por lo tanto, no puede "recolectar" calor y convertirlo en otras formas de energía, porque necesita un lugar más frío al que transferir el calor para convertir el calor en electricidad. Es por eso que las centrales eléctricas suelen estar situadas junto a océanos, lagos o ríos, para utilizar el agua como el lado frío del generador. (Y los que no tienen grandes torres de enfriamiento para usar el aire).

Cuando mueve el calor, por ejemplo, con las bombas de calor que se usan para calentar y enfriar el hogar, siempre está utilizando un poco de energía extra para "bombear" el calor de un lugar u otro. Si está calentando, mueve algo de calor del suelo exterior a su casa, pero el resultado neto es que el sistema de suelo + casa se calienta un poco, porque la electricidad utilizada para la bomba se convierte en calor.

WRT enviando el calor de regreso al espacio, esa es en realidad la causa del calentamiento global. El CO2 atmosférico actúa como una manta aislante, evitando que parte del calor del sol se irradie hacia el espacio. Al aumentar la cantidad de CO2 en la atmósfera, hemos aumentado el grosor de la manta, por lo que la Tierra se calienta.

Para obtener una respuesta a su comentario, consulte a continuación.
Así que el primer punto suyo y de Michaels es que "recolectar" calor no funciona. Eso es lo que imaginaba :) Como dijiste, el trabajo de TEG sobre el flujo de temperatura. Pero, ¿no sería posible a través de una reacción química endotérmica / exotérmica reversible? ¿Quizás algo que tenemos en masas como agua a hidrógeno y viceversa, por ejemplo?
Hay una forma de convertir el agua, no en hidrógeno, sino en hidrocarburos, que son compuestos de hidrógeno, las plantas pueden hacerlo. De hecho, los hidrocarburos pueden volver a convertirse en agua, lo que ocurre cuando los quemamos. Desafortunadamente, esto también produce dióxido de carbono. Las plantas usan la luz solar para producir compuestos de hidrógeno en un proceso llamado fotosíntesis.
@MartinEckleben: La buena noticia es que tenemos un dispositivo que extrae CO2 de la atmósfera y otro que lo combina con hidrógeno para formar combustible sintético. La mala noticia es que cuesta alrededor de $ 600 por tonelada de CO2 procesado, que es órdenes de magnitud más caro que plantar unos pocos cientos de árboles. Consulte https://www.technologyreview.com/s/612928/one-mans-two-decade-quest-to-suck-greenhouse-gas-out-of-the-sky/
@Martin Eckleben: Las reacciones químicas están sujetas a las mismas leyes termodinámicas. (Es más complicado de explicar). Las reacciones químicas endotérmicas tienen que ser impulsadas por alguna fuente de energía. Podrían, como con la fotosíntesis que usa la luz solar para convertir CO2 y H2O en hidrocarburos y carbohidratos, almacenar energía en los productos finales de la reacción. Pero cuando vas a extraer esa energía, digamos quemando leña, nunca recuperas el 100% de la energía que ingresó.
@EricLipper Bueno, sí, el principal problema es que, para empezar, hay cantidades increíblemente pequeñas de CO2 en la atmósfera. Los árboles también lo chupan (a otras plantas les va mucho mejor), pero en su mayoría se reproducen por sí mismos. Ha habido otras propuestas, como instalar grandes tanques de algas para, por ejemplo, centrales eléctricas de carbón que consumen el dióxido de carbono emitido por la planta y la luz solar, y producen combustible. Por supuesto, en su conjunto, esto es mucho menos eficiente que algo como una energía solar concentrada, pero al menos puede adaptarse razonablemente bien a las plantas existentes y no necesita luz solar continua.
@EricLippert Cuando dijo que tenemos un dispositivo que extrae CO2 de la atmósfera y produce combustible con él, lo primero que pensé es que el dispositivo al que se refería era un árbol. - jaja
Solo una pequeña adición a la buena respuesta: en realidad, eso es lo que hace la atmósfera con el exceso de energía térmica: produce más energía mecánica (viento) y un clima más extremo en general, luego lo irradia de regreso al espacio. (La atmósfera actúa como una serie de motores térmicos interconectados, siendo la fuente de calor la superficie terrestre y la fría generalmente otra área de la superficie o del espacio).
Esta respuesta es mayormente correcta. Sin embargo, la forma en que usa la palabra "calor" da la impresión de que el calor es una [función de estado] (https://en.wikipedia.org/wiki/State_function), lo cual no es correcto. Siéntase libre de reemplazarlo con "energía interna" o "energía térmica". Los objetos y los sistemas no tienen calor.
@Eric Duminil: Estoy seguro de que alguien (aunque no soy esa persona :-) podría escribir una respuesta mejor y / o más precisa técnicamente. Solo trato de mantenerme al nivel de la escuela secundaria. Siéntase libre de editar si cree que se puede mejorar.
"Así que realmente no puedes" recolectar "calor y convertirlo en otras formas de energía, porque necesitas un lugar más frío para transferir el calor". Dejemos la electricidad (que discutiste en el resto de esa oración) a un lado por un segundo. Esta oración general es inequívocamente cierta, pero no es un argumento en contra de la sugerencia del OP; por el contrario, apoya la idea: el OP quiere irradiar el exceso de calor al espacio que tiene 2.75K frío.
@EricLippert La buena noticia es que no es necesario utilizar el CO2 de la atmósfera general; sería un gran paso hacia la sostenibilidad convertir el CO2 del escape de combustibles fósiles o de plantas en combustible nuevamente. El CO2 está mucho más concentrado allí, obviamente. Tratar de extraerlo de la atmósfera solo necesita luchar contra * tanta * entropía. También podríamos empezar a extraer oro de los océanos ...
@Peter - Reincorporar a Monica: Bueno, claro. ¿Y cuál es la forma (conceptualmente) más sencilla de irradiar más calor al espacio? Reduzca la cantidad de CO2 en la atmósfera :-) (Aunque cubrir grandes cantidades del planeta con pintura reflectante también funcionaría). Convertir CO2 de nuevo en combustible no es un arranque, porque para hacer esa conversión, necesita al menos lo mismo cantidad de energía que obtuvo al quemar el combustible en primer lugar. (De hecho, necesita más: consulte la Regla n. ° 2). Por lo tanto, a menos que use alguna fuente de energía externa para impulsar la conversión, como con la fotosíntesis, es SOL.
@jamesqf Obviamente, usarías energía solar para el proceso, de lo contrario no tiene sentido, correcto. Pero creo que la energía solar, y en general, la energía renovable será abundante en el futuro y durante los picos sería bueno tener algo que ver con el exceso de capacidad. El combustible sintético es extremadamente encantador porque, a diferencia de la electricidad, la infraestructura global para el transporte, el almacenamiento y el uso ya está en su lugar: es un reemplazo directo del combustible fósil. (Si eso es algo bueno desde un punto de vista más progresista es otra cuestión). Pero depende de una abundante energía solar.
@Peter - Restablecer a Monica: Es obvio para ti y para mí, pero aparentemente no para mucha gente, como por ejemplo cuando se sugiere usar el CO2 de una planta de combustibles fósiles para cultivar algas como combustible. El problema no es sacar el CO2 de la atmósfera; de hecho, una concentración de CO2 demasiado alta puede ser tóxica para muchas plantas: https://biology.stackexchange.com/questions/71312/can-plants-suffer-from-co2- envenenamiento
@jamesqf No estoy familiarizado con la propuesta de las algas, pero si crecen bajo luz natural es una forma biológica de producción de combustible sintético, si ese oxímoron tiene algún sentido ;-), alimentado por energía solar.
@Peter - Restablezca a Monica: Claro, el problema primero es de escala: necesitaría MUCHA área para consumir el CO2 generado por una planta de energía, y segundo que la planta de energía no es necesaria para la producción de biocombustible.
#2
+28
Semidiurnal Simon
2020-01-10 13:46:10 UTC
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Recoger energía térmica es realmente difícil. Como han dicho otros, existen cosas como las bombas de calor para mover el calor, pero las leyes de la termodinámica (que son bastante fundentales en física) requieren que mover el calor siempre generará más calor.

Ahora, la cantidad de calor adicional generado puede ser menor que la cantidad de calor que se está moviendo, por lo que si tuviéramos una forma de construir una bomba de calor que moviera el calor del sistema terrestre al espacio, entonces podría valer la pena. Hay tres problemas con eso,

  1. No sabemos cómo hacer eso. ¡Un sistema de tuberías en órbita probablemente no sea práctico!

  2. Habiendo puesto el calor en órbita, sacarlo del equipo y llevarlo al espacio es difícil. Probablemente haya aprendido acerca del movimiento del calor por conducción, convección y radiación. Los dos primeros no están disponibles en el espacio, porque no hay material para conducir ni atmósfera para convencer. Entonces la radiación es todo lo que queda. Además de la hipotética bomba de calor para poner en órbita, también necesitaríamos un sistema de radiador masivo en órbita.

  3. La escala a la que tendría que hacerse es gigantesco . Incluso si supiéramos cómo hacerlo, es posible que no seamos capaces de hacerlo.

Así que probablemente no sea teóricamente imposible, al menos hasta donde sabemos, pero no es algo que sea posible en este momento.

También vale la pena señalar que, como todas las ideas que tratan de eliminar el calor en lugar de reducir el efecto invernadero, en realidad no resuelve el problema, solo mitiga el síntoma. Si seguimos emitiendo gases de efecto invernadero mientras usamos este sistema, entonces tendríamos que seguir usando este sistema, cada vez más, para siempre.

(teóricos: ¿me estoy perdiendo algo ? ¿Existe realmente un bloqueador teórico, en lugar de práctico, aquí?

Gracias por la explicación que hizo mucho más clara y estoy de acuerdo en cada punto planteado. De hecho, pensé (muy brevemente :)) en cada punto que hiciste antes de preguntar. Solo para el lulz: para 2. Pensé en calentar la piedra para convertirla en magma con el mayor calor posible y luego desecharla al espacio, pero inmediatamente lancé la idea de enviar millones de toneladas de piedra al espacio ya que la carga útil es probablemente el corazón. ataque de cada oficial financiero del proyecto espacial: D
1: bueno, algunas personas saben cómo irradiar calor directamente al espacio, aunque aún no se ha generalizado, https://www.youtube.com/watch?v=7a5NyUITbyk o https://advances.sciencemag.org/ content / 5/10 / eaat9480.full y existen técnicas similares de "enfriamiento radiativo". Aunque no hay una bomba de calor involucrada, ya que no la necesita. Esto puede reducir el efecto invernadero, ya que en lugar de usar energía para enfriar los sistemas son pasivos, por lo que se requiere menos energía basada en fósiles. (probablemente haya algo para transferir el calor al enfriador radiativo, pero no hay un tubo hasta el espacio)
@Martin Eckleben Se proyecta que el SpaceX BFR levante 150 toneladas de carga útil a la órbita terrestre baja. Supongamos que toda la energía del magma se irradia al espacio (parte será reabsorbida por la Tierra). 150 toneladas de roca cerca de su punto de fusión (1200 ° C) tienen ~ 90 gigajulios de energía térmica. La energía solar incidente en la Tierra es de ~ 180.000.000 gigajulios por segundo. Tu cohete de roca caliente sería una gota de agua en una tormenta. Eliminar el CO2 de la atmósfera, o no agregarlo en primer lugar, reduce el calentamiento durante muchas décadas al alterar la cantidad de energía solar atrapada por la Tierra.
WRT irradia calor al espacio, podría ser instructivo mirar el sistema de enfriamiento de la ISS: https://en.wikipedia.org/wiki/External_Active_Thermal_Control_System No es exactamente un proyecto pequeño, y eso es para 3-6 personas y equipos, con no implica la quema de combustibles fósiles. Y un módulo de hábitat en su mayoría blanco, por lo que probablemente no absorba mucha radiación solar.
@MartinEckleben: haría bien en comenzar a calcular habitualmente órdenes de magnitud como en el ejemplo de WaterMolecule; esta es una habilidad valiosa de la que carecen muchos estudiantes de secundaria y, de hecho, muchos adultos. * La gente no está acostumbrada a pensar en el calor a escala planetaria. * La cantidad de luz solar que cae sobre un metro cuadrado de tierra en el ecuador al mediodía es una energía equivalente a 14 cien vatios de bombillas. Multiplique eso por todos los metros cuadrados que se están iluminando, y eso es bastante.
@PeteKirkham interesante (¿y presumiblemente lo mismo que en la respuesta de Rupert Morrish?). Gracias.
@EricLippert: 1360W / m² es la [constante solar] (https://en.wikipedia.org/wiki/Solar_constant), medida por encima de las nubes. La irradiancia global nunca es tan alta en la Tierra, ni siquiera en el Ecuador. Sin embargo, tienes razón, todavía hay mucha potencia en toda la Tierra: "1000W / m² * pi * R_earth²", que es alrededor de 130 Petawatt.
Futurama (https://theinfosphere.org/Transcript:Crimes_of_the_Hot) cubrió este escenario: "Afortunadamente, a nuestros políticos más apuestos se les ocurrió una forma barata y de última hora de combatir el calentamiento global. Desde 2063 simplemente dejamos caer un cubo de hielo gigante en el océano de vez en cuando ... Por supuesto, dado que los gases de efecto invernadero aún se están acumulando, se necesita más y más hielo cada vez. De esta manera se resuelve el problema de una vez por todas ". :)
"Además de la hipotética bomba de calor para poner en órbita, también necesitaríamos un sistema de radiador masivo en órbita". - No necesariamente; en teoría, al menos, si tuviera una forma de convertir energía térmica en, digamos, luz, entonces podría irradiar la mayor parte de ella al espacio desde el suelo (dadas las condiciones atmosféricas adecuadas). Quizás la física no permita esto, sin embargo [la radiación de cuerpo negro] (https://en.wikipedia.org/wiki/Black-body_radiation) puede producir longitudes de onda visibles, así que quizás no.
@aroth: La temperatura necesaria (y la diferencia de temperatura) sería tan alta que la eficiencia máxima sería muy cercana al 0%, según [Carnot] (https://en.wikipedia.org/wiki/Carnot_cycle#The_Carnot_cycle). Hasta donde yo sé, la mejor opción para irradiar energía desde la Tierra es disparar un láser al espacio. El láser continuo más potente puede irradiar [1MW] (https://en.wikipedia.org/wiki/MIRACL), que es estrictamente un maní en comparación con los 130PW que la Tierra recibe del sol.
@aroth Estoy bastante seguro de que, incluso si tuviéramos una forma de hacerlo con energía lo suficientemente baja, no querríamos hacer zonas significativas de la superficie de nuestro planeta lo suficientemente calientes como para irradiar con fuerza en longitudes de onda visibles. Quiero decir, obtendríamos la luz más visible aproximadamente a la temperatura de la superficie del sol ...
FWIW, tú (Eric, Aroth) básicamente acabas de crear lo que hizo David Brin en su libro, [Sundiver] (https://en.wikipedia.org/wiki/Sundiver). Un láser de refrigeración. Lo cual es [no científicamente factible] (https://www.physicsforums.com/threads/is-a-refrigeration-laser-thermodynamically-possible.313229/).
#3
+11
Rupert Morrish
2020-01-10 06:53:02 UTC
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¿Te gusta el enfriamiento radiativo pasivo?

Los nuevos materiales reflejan un amplio espectro de luz, de la misma manera que lo hacen los espejos o la pintura blanca. En la parte crucial de 8-13 µm del espectro infrarrojo, sin embargo, absorben fuertemente y luego emiten radiación. Cuando los materiales apuntan al cielo, los rayos infrarrojos pueden pasar directamente a través de la atmósfera y hacia el espacio. Eso vincula efectivamente los materiales a un disipador de calor inagotable, en el que pueden seguir vertiendo calor sin que regrese. Como resultado, pueden irradiar suficiente calor para mantenerse consistentemente algunos grados más fríos que el aire circundante; La investigación sugiere que las diferencias de temperatura podrían superar los 10 ° C en lugares cálidos y secos.

Eso evita perfectamente la absorción debida al dióxido de carbono también. Aunque sospecho que incluso con un esfuerzo concentrado, nunca se acercará a la cantidad de radiación necesaria para un enfriamiento global apreciable, sin mencionar la probable alteración de los patrones climáticos si pudiera. :PAG
La clave para esto es que el sol es pequeño en el cielo, mientras que los radiadores emiten sobre un hemisferio. El flujo de calor absoluto es bastante pequeño, por lo que se proponen principalmente para mantener fríos los paneles solares (la eficiencia disminuye con el aumento de temperatura) o para reducir el consumo de energía de refrigeración y aire acondicionado, es decir, muy local. Sería interesante modelar si esto se puede escalar al nivel de la ciudad, para reducir los efectos de la isla de calor urbano (también @Luaan)
@ChrisH dado que muchas áreas urbanas ni siquiera hacen uso de la fruta madura que son los árboles, no veo una adopción a gran escala de estándares de construcción utilizando este material en el corto plazo.
@Turksarama, por supuesto, tiene razón, pero los radiadores pasivos pueden ir en los tejados (por supuesto, también los paneles solares, y la adopción de estos también es bastante pobre).
No veo cómo un panel que es * más frío * que el medio ambiente ayudará a enfriar el planeta al irradiar más que sus alrededores al espacio. Se necesita lo opuesto: uno que sea * más caliente * porque uno ha concentrado calor disperso en él, por qué medios nunca.
#4
+5
Stig Hemmer
2020-01-10 16:31:17 UTC
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Como han señalado otros, si usas la energía, se convierte de nuevo en calor.

Irradiarla de regreso al espacio es al menos teóricamente posible. Pero hay un problema con la escala.

La Tierra recibe alrededor de 100 petavatios de energía del sol. E irradia casi exactamente la misma cantidad hacia afuera.

Todo lo que la humanidad hace con la energía es de aproximadamente 0,02 petavatios. Incluso si irradiamos toda esa energía al espacio, todavía no importaría mucho.

Aún así, apenas es posible hacer algo como esto, haciendo rebotar la luz del sol en el Superficie de la Tierra a medida que llega. Si bien los espejos serían ideales para este trabajo, son caros. Afortunadamente, cualquier objeto blanco realmente brillante hace un trabajo casi tan bueno. Busque en Albedo para obtener más información.

Se necesitaría una gran área de tierra para marcar la diferencia. Y la tierra es cara. Y necesitaríamos muchas cosas blancas para hacer el trabajo. Incluso si es barato por metro cuadrado (pies cuadrados), será caro por millones de kilómetros cuadrados (millones de millas cuadradas).

Por lo tanto, esto está en la lista de cosas que podríamos hacer si solo encontré el dinero para ello.

¡Esta! El equilibrio que menciona en su tercer párrafo siempre se mantendrá; lo que sufrimos es que el estado de nuestra atmósfera controla a qué temperaturas (del suelo) corresponde el equilibrio de radiación. La adición de gases de efecto invernadero aprovecha mucho más el cambio de temperatura que cualquier forma "industrial" de radiación activa puede contrarrestar
Aquí hay una idea errónea: las superficies reflectantes no se enfrían a través del albedo. Es demasiado tarde para aumentar el albedo una vez que la radiación solar ha llegado al suelo. Está atrapado, espejo o no. Pueden ayudar a reducir el consumo de energía del aire acondicionado y evitar el efecto isla de calor de las áreas urbanas (no comprobado). Pero es mejor usar el área para paneles solares (o techos verdes) que espejos o pintura blanca.
@EricDuminil (Comprimí mis reamrks) Así es como funcionan los gases de invernadero: en.wikipedia.org/wiki/Greenhouse_gas. Para que el albedo sea efectivo (como en las edades de hielo e ignorando otras condiciones), los gases de efecto invernadero atmosféricos deben ser bajos. No se puede pintar un continente de blanco o cubrirlo con espejos. Cubrir todos los techos con superficies reflejadas reduciría la demanda de energía en áreas cálidas, pero podría elevar la temperatura atmosférica general y tener el efecto contrario. web.stanford.edu/group/efmh/jacobson/Articles/Others/…. El albedo por sí solo no es una cura, en nuestro caso del calentamiento global.
@ebv: Me rindo. Al menos una cosa que escribiste es correcta: "aquí hay un grave error".
@EricDuminil: lo siento, tal vez debería haber escrito "no enfría la atmósfera pero previene el calentamiento del suelo directamente debajo". Desafortunadamente, hay más que solo aumentar el albedo, la radiación debe poder escapar al espacio. Paz :-)
#5
+3
kuroi neko
2020-01-12 01:10:26 UTC
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Solo para martillarlo: la cantidad de energía transferida a la Tierra por el sol todos los días es colosal. En comparación, el calor generado por todas las actividades humanas es insignificante. Por ejemplo, quemar todos los árboles de la Tierra liberaría menos del 1% del calor que el sol nos envía todos los días.
Tomando las actividades humanas como un punto de referencia intuitivo es completamente engañoso. Los intercambios de calor en la atmósfera involucran cantidades masivas de energía que van mucho más allá de lo que las capacidades industriales humanas pueden manejar.

Los gases de efecto invernadero actúan como una especie de manta espacial: una capa aislante muy delgada y ligera que aún puede atrapar bastante mucho calor.
Aunque el exceso de gases que liberamos solo captura una pequeña fracción extra (muy por debajo del 1%), la energía que el sol nos envía es tan tremenda que este pequeño calor extra es suficiente mal nuestro clima.

Nuestro problema es no hacer ningún uso de esta energía solar extra. Podríamos movernos alrededor de una mínima fracción para nuestro beneficio (por ejemplo, concentrarlo dentro de una casa en invierno y bombearlo en verano), pero como sistema global, nuestro hábitat (la superficie de la Tierra y un poco de atmósfera respirable arriba ) está recibiendo mucho, demasiado calor, en una escala que eclipsa todos los usos humanos de la energía.

Nuestro problema es deshacernos de él, eso significa enviarlo a algún lugar donde no pueda causar estragos en nuestro clima. A esta escala, eso deja solo el espacio exterior o el suelo profundo como vertederos potenciales.

Hasta ahora, nuestra atmósfera hizo un buen trabajo enviando energía solar de regreso al espacio, pero lo estropeamos. Qué fastidio ...
Seguro que podríamos pensar en quitar todo ese calor del camino nosotros mismos. Pero, por desgracia, como establece la segunda ley de la termodinámica y su temida entropía, cualquier tipo de trabajo mecánico requiere energía adicional y genera más calor. Incluso un refrigerador agrega más calor al medio ambiente del que bombea desde su compartimiento interno. Todo lo que podemos esperar lograr es transferir calor de un lugar a otro. A costa de más energía, materias primas, tiempo, capacidad industrial y, naturalmente, dinero.
Eso está dictado por las leyes fundamentales de la física que ninguna ilusión puede influir.

Pintar los desiertos de blanco o la perforación de pozos geotérmicos subterráneos profundos o la puesta en órbita de radiadores espaciales de lujo son solo fantasías de ciencia ficción.
Simplemente ni siquiera estamos cerca de tener la energía, los materiales y la tecnología para implementar cualquiera de estos en una escala que resolvería el problema.

Imagínese envuelto en una manta espacial, calentándose un poco para su comodidad. Intentar alejar el aire caliente de su cuerpo solo lo calentará, mientras que quitar la manta puede enfriarlo rápidamente, con mucho menos esfuerzo.

De hecho, lo único en lo que podríamos esperar actuar es la manta misma.
La sabiduría dictaminaría comenzar por no hacerla más gruesa. Deje de quemar combustibles fósiles y criar ganado que se tira pedos durante un par de siglos, esperando a que se disipe toda la basura que arrojamos hasta ahora.
También existe la alternativa científica chiflada: arrojar más basura (como azufre) a la atmósfera para intentar mitigar el efecto invernadero. Francamente, espero estar muerto antes de ver a los idiotas intentarlo.

Sí, el humor es la mejor manera de soportar este hilo. *suspiro*
Nos espera un viaje difícil, pero ¿tal vez todavía podamos esforzarnos por ir con estilo?
Respuesta excelente y completamente correcta. Bien hecho.
@EricDuminil Correcto excepto por el desdén hacia la geoingeniería. Ya * somos * geoingeniería y será mejor que lo hagamos bien pronto.
Además, no creo que la respuesta sea correcta. 1. "Todo lo que podemos esperar lograr es transferir calor de un lugar a otro". Esto es exactamente lo que sugiere el OP, pero parece que lo descarta. (2) "Incluso un refrigerador agrega más calor al medio ambiente del que bombea desde su compartimiento interno". Bueno, si el entorno es espacio, esta es exactamente la sugerencia del OP. No podría importarnos menos cuánto irradiamos mientras enfríemos nuestro planeta. La Tierra no es de ninguna manera un sistema cerrado, y el OP propone explotar ese hecho.
Descarto las ilusiones sobre ciencia y tecnología milagrosas. No hay una sola solución práctica a la vista para deshacerse del calor, ni hay un sustituto práctico del aceite, ni un suministro infinito de materias primas. En cuanto a la geoingeniería, es una quimera particularmente peligrosa que permite continuar como de costumbre, disfrutando de la ilusión de que la tecnología nos permitirá modificar la composición atmosférica con solo girar una perilla. Una solución desesperada que probablemente causaría problemas que ni siquiera podemos imaginar todavía.
@kuroineko Solo me gustaría comentar que lo que está sucediendo de facto es seguir como de costumbre. Todos los objetivos pasados ​​se han perdido por un amplio margen, y hay pocos indicios del cambio global fundamental que debería ocurrir con bastante rapidez. Es muy necesaria una solución que "permita continuar como de costumbre"; la infraestructura industrial, agrícola y de transporte es inerte y el estilo de vida orientado a los materiales es atractivo tanto para quienes la tienen como para quienes aún no la tienen. ** Esperar, contra todos los hechos, un cambio global sin precedentes es una ilusión. **
Estoy bastante convencido de que no se producirá ningún cambio y solo intentaremos reaccionar demasiado tarde, pero la geoingeniería solo empeorará las cosas. Ni siquiera podemos implementar un control de plagas decente (otra plaga bien conocida en Australia, por ejemplo). Se necesita toda la arrogancia humana para pensar que podemos controlar nuestra atmósfera. Estamos hablando de décadas de inercia y fenómenos altamente inestables. Ninguna cantidad de poder de cálculo podría predecir las verdaderas consecuencias de arrojar azufre o cualquier otra cosa al aire. Eventualmente podríamos hacerlo como una medida desesperada, pero solo la suerte ciega podría ayudarnos.
@kuroineko Tus objeciones simplemente no se aplican a la [inyección de aerosol estratosférico] (https://en.wikipedia.org/wiki/Stratospheric_aerosol_injection): Los efectos son bien conocidos de las erupciones volcánicas y, al igual que esas, son completamente reversibles a corto plazo por simplemente interrumpiendo las inyecciones. Los océanos seguirán sufriendo la acidificación, pero al menos el nivel no aumentará tanto y los trópicos permanecerán habitables.
Por supuesto. ¿Por qué no empezamos a liberar cenizas volcánicas de inmediato? ¿Quizás no es lo suficientemente rentable?
#6
+2
David Elm
2020-01-11 09:59:09 UTC
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Tu idea: concentrar el calor, usar la energía para algo útil y luego disiparlo en el espacio podría lograrse en realidad con un espejo espacial.

Hay una órbita especial llamado L1 que se encuentra entre la Tierra y el Sol y está a la distancia correcta para que algo en esa órbita siga y orbite en sincronía con la Tierra. Podría dar sombra a la Tierra y convertirse en una enorme planta de energía.

Puede consultar este artículo de ciencia viva sobre espejos espaciales. Repasa los pros y los contras de esta idea.

Wikipedia también tiene una entrada sobre esta idea.

¿Incluso esta órbita probablemente esté llena de basura? Además, ¿reunir y enviar una cantidad de materiales según sea necesario para un espejo espacial tan gigante probablemente no funcionaría debido a la escala? Pero idea muy interesante :)
No, Earth-Sun L1 aún no está lleno de basura. Pero el espejo o cualquier dispositivo o dispositivos de sombra que uno coloque allí debe ser gigantesco para tener una sombra notable en la tierra. Masa y tecnología mucho más allá de nuestras capacidades. Ya hemos dicho que necesita mantenimiento y dirección en posición porque L1 es inestable (las cosas se caen si no se mantienen en su lugar). De todos modos, tal cosa sería rechazada por el viento solar y la radiación solar. No funcionará. Lo único que funciona es reducir las emisiones de gases de efecto invernadero.
Actualmente cuesta en el rango de $ 1000 la libra lanzar algo al espacio. Dado que necesitaría millones de millas cuadradas de espejo, un espejo espacial suena muy caro. Poner los espejos en el suelo es un poco más económico.
@user4574 El espejo solo necesitaría (?!?) Tener aproximadamente 600,000 millas cuadradas (155,399,287 hectáreas) para proporcionar una reducción del 1% en la energía solar que llega a la Tierra. Es aproximadamente del mismo tamaño que el estado estadounidense de Alaska. O aproximadamente del tamaño de Francia, Italia, España y Portugal juntos, para nuestros miembros europeos.
@krb La sección transversal de la tierra que mira al sol en un momento dado es de 49 millones de millas cuadradas. Teniendo en cuenta que los espejos cambiarán de ángulo a medida que la Tierra gira, y también que es de noche la mitad del tiempo, probablemente necesite más de 1,6 millones de millas cuadradas para reflejar el uno por ciento de la luz en el espacio.
@user4574 El número de 600,000 millas cuadradas proviene de Lowell Wood del Laboratorio Nacional Lawrence-Livermore, que pasó más de 10 años estudiando este concepto. Discute las matemáticas con él si no estás de acuerdo. https://www.livescience.com/22202-space-mirrors-global-warming.html
@krb Las matemáticas son bastante sencillas. La Tierra tiene un radio de 3958 millas. Por lo tanto, su sección transversal presentada al sol es pi * 3895 ^ 2 = 49,215,449 millas cuadradas. 1% de eso son 492,154 millas cuadradas. La sección transversal del espejo visible al sol es proporcional al seno del ángulo de rotación de la tierra. Por lo tanto, el tamaño del espejo debe aumentarse en un factor de (pi / 2) y luego duplicarse nuevamente para tener en cuenta la noche. 492,154 * pi / 2 * 2 = 1,546,148 millas cuadradas. Lo que no se tiene en cuenta es que distintas zonas de la tierra absorben distintas cantidades de luz solar.
#7
+1
lvella
2020-01-11 00:44:33 UTC
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De todos los tipos de energía que existen, el calor es el "desperdicio" de las energías. Mira, la energía solo es útil si está organizada, y el calor es el menos organizado de todos. Es decir, la energía debe ser capaz de empujar la rueda del automóvil en esa dirección particular, no en todas las direcciones al azar, como lo harían las moléculas de un gas caliente.

Para reorganizar la energía, de acuerdo con las leyes de física (la segunda ley de la termodinámica, en particular), debe tener un lugar frío hacia donde pueda fluir el calor. La mayoría (¿todos?) Los motores térmicos dependen de que el ambiente sea más frío que la fuente de calor para que funcione: el motor de un automóvil o un avión solo funciona porque la temperatura ambiente es menor que la temperatura dentro del motor, y una planta de carbón depende que el ambiente sea más frío que el vapor que hace girar las turbinas.

Al estar sumergido en un ambiente cálido, no puede usar ese mismo ambiente como el lado frío para extraer energía de él, por lo que puede Posiblemente no construya un dispositivo que se alimente únicamente del calor del ambiente en el que está inmerso.

Esa es la mitad del problema. La otra es: si pudiéramos extraer energía de la temperatura ambiental, ciertamente no la irradiaríamos al espacio: la usaríamos como electricidad, impulsaríamos nuestros automóviles, aviones y nunca más necesitaríamos combustibles fósiles.

#8
+1
Ken Fabian
2020-01-11 04:31:55 UTC
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La energía basada en combustibles fósiles es muy ineficiente; la cantidad de calor desperdiciado excede al que se usa. Además, el calentamiento global debido al aumento del efecto invernadero está agregando calor a tasas estimadas en alrededor de 100 veces más que el calor residual total. Para lograr un calentamiento global cero (sin dejar de quemar combustibles fósiles) recolectando calor enviarlo al espacio requiere recolectar más de cien veces más energía de la que las economías humanas están usando actualmente , así como desarrollar, construir y operar la tecnología para enviar todo ese calor a otro lugar, es decir, al espacio.

Eso es efectivamente imposible, pero desarrollar un medio para utilizar calor de bajo grado para la generación de energía podría ayudar significativamente a la quema de combustibles fósiles por desplazamiento, lo que reduciría el calentamiento global en ese factor de cien. Existe tecnología para convertir calor de bajo grado en energía de grado superior, por ejemplo, motores Stirling, pero no son rentables. Existen otras posibilidades tentadoras, como las Nantennas, también conocidas como Optical Rectennas.

Sin embargo, ya existen opciones efectivas de energía de bajas emisiones que reducen el uso de combustibles fósiles y el aumento del calentamiento por efecto invernadero y que son rentables; Creo que esos deberían ser el enfoque principal de nuestra respuesta actual al calentamiento global.

#9
+1
rackandboneman
2020-01-12 02:06:48 UTC
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El problema de convertir muchas formas de calor residual en otras formas de energía mediante métodos convencionales (motores térmicos) es que se necesitan diferencias de temperatura significativas y que las temperaturas que componen las diferencias se cuentan desde el cero absoluto (0 Kelvin). Solo si esa proporción es grande, obtendrá una conversión eficiente. Por ejemplo, si observa el calor residual de la CPU de una computadora, podría ser de 340 Kelvin, 40 grados Kelvin (los Kelvin son grados centígrados de referencia cero absoluto para los tipos Fahrenheit) sobre una temperatura ambiente de 300 Kelvin. No puede forzar que el calor se acumule a niveles mucho más altos ya que dañará la CPU. La eficiencia de una máquina térmica que intenta hacer algo útil en esta situación sería 40K / 340K * 100% = redoble de tambores ... 11%. Apenas vale la pena intentar recuperarse.

Esto se debe a que Carnot, uno de los bastardos patronos de la física, promulgó la ley en 1824, y nadie la derogó todavía.

Esto no se aplica al calor radiación , que no es calor en sí, sino calor que ya se ha convertido en luz infrarroja de onda larga, que se convierte de nuevo en calor si golpea algo. De hecho, se puede transmitir a voluntad mediante lentes, espejos y prismas fabricados con los materiales adecuados (no: ¡ventana corriente o vidrio óptico!). Desafortunadamente, crear una radiación de calor significativa también es algo que requiere altas temperaturas ...

#10
+1
user4574
2020-01-12 04:50:31 UTC
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Bueno, la forma más sencilla de irradiar luz solar al espacio es con un espejo.

Pero crear espejos por valor de millones de millas cuadradas suena muy caro. Probablemente en el rango de cientos de billones de dólares estadounidenses. Si nos deshacemos de todo el gasto público, podríamos pagarlo en el transcurso de unos 100 años.

¡Si! ¡Incrementa el albedo! Me gusta bastante esta respuesta porque es un atajo que evita el calor, en otras palabras, una alta entropía, que tendría que reducirse localmente nuevamente (a expensas de más energía y entropía) para crear altas temperaturas. Un espejo debería funcionar bien porque la atmósfera es transparente para las longitudes de onda que llegan al suelo, lo que implica que pueden salir fácilmente sin calentar mucho la atmósfera. Dado que parece ser políticamente conservador, sugiero llamar a su idea de enviar la radiación directamente a la frontera como el principio Trump.
#11
-1
Michael Walsby
2020-01-09 23:56:06 UTC
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La humanidad recolecta fuentes naturales de calor y las convierte en energía útil: bombas de calor, paneles solares, geotermia, etc., pero sería imposible reducir el calentamiento global de esta manera. La mayor parte del calor recolectado para fines útiles se devuelve en cualquier caso a la atmósfera cuando se utiliza la energía. Si lo piensas bien, incluso los parques eólicos están recolectando energía solar, porque es el calor del sol el que impulsa los vientos. Cuando se utiliza la energía, se vuelve a convertir en calor. Como estudiante de física, debes saber esto.

Sí, es muy posible utilizar energías regenerativas como la solar y la geotérmica para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y, por tanto, el calentamiento global. Es la captura de radiación infrarroja de los gases de efecto invernadero lo que provoca el calentamiento.
Oh, tal vez me expresé mal, no estudio física, solo lo tenía como asignatura en la escuela:) Dejemos ese factor de creación de energía completamente a un lado (que sería aún más beneficioso pero no es el punto de mi pregunta). ¿Funcionaría para disipar más calor en el espacio (por cualquier medio) para resolver el calentamiento global?
Todos los métodos sugeridos hasta ahora para devolver la energía solar al espacio, como pintar los desiertos de blanco, son ambientalmente inaceptables, además de ser prohibitivamente costosos.
Es cierto, pero ninguna fuente seria sugiere eso. La energía de @MartinEckleben: * no * se puede crear, solo transformar y convertir. Y sí, sería trivialmente posible, al reducir las emisiones de gases de efecto invernadero para eliminar la trampa atmosférica.
@ebv "la energía no se puede crear" Sí, las tres leyes de la termodinámica las entiendo (al menos sus síntomas). De acuerdo, eliminar la trampa atmosférica sería increíble, pero no veo que el mundo pueda hacerlo lo suficientemente rápido. Si pudiéramos "activamente" quitar el calor (energía) de la atmósfera y enviarlo "activamente" al espacio, creo que la humanidad tal vez estaría más comprometida ya que nadie tendría que perder la comodidad o la calidad de vida.


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