Modeling energy requirements for oxygen production on the Moon

选矿 风化土 推进剂 钛铁矿 环境科学 原材料 工艺工程 制氢 废物管理 材料科学 天体生物学 化学 工程类 航空航天工程 冶金 物理 矿物学 有机化学
作者
Dorian Leger,Fardin Ghaffari-Tabrizi,Matthew Shaw,J.N. Rasera,David Dickson,Baptiste Valentin,Anton Morlock,F. Thoresen,Aidan Cowley
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:122 (8)
标识
DOI:10.1073/pnas.2306146122
摘要

Spacecraft using combustion engines require substantial amounts of oxygen for their propellant. The Moon could be a source of oxygen for rocket propellant, since the material composing the lunar surface can be processed to extract oxygen. However, little is known about overall energy requirements of the processes described in the literature for oxygen extraction from lunar regolith. This knowledge gap constrains the planning of lunar missions, since the scale of energy infrastructure required for oxygen production facilities is not well characterized. This study presents an energy consumption model for oxygen production via hydrogen reduction of the mineral ilmenite (FeTiO 3 ). We consider an end-to-end production chain starting from dry regolith as the feedstock. The production includes the following process steps: excavation, transportation, beneficiation, hydrogen reduction, water electrolysis, liquefaction, and zero boil-off storage. The model predicts the energy demand per kilogram oxygen produced based on adjustable parameters for each process step. As expected, the model indicates a strong dependence on feedstock composition. For regolith composed of 10 wt% ilmenite, the model predicts that a total of 24.3 (± 5.8) kWh is needed per kg of liquid oxygen produced. This study confirms that the hydrogen reduction and electrolysis steps have the highest energy requirements in the production chain. Sensitivity analysis reveals that the enrichment factor of the beneficiation process is the most critical parameter for optimizing energy utilization. Overall, this study provides a parameterized end-to-end model of energy consumption that can serve as a foundation for various production systems on the Moon.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
6秒前
西瓜完成签到 ,获得积分10
6秒前
包容的忆灵完成签到 ,获得积分10
9秒前
高兴尔冬发布了新的文献求助10
11秒前
xiang完成签到 ,获得积分0
14秒前
小四完成签到,获得积分10
17秒前
FashionBoy应助slayers采纳,获得30
23秒前
量子星尘发布了新的文献求助10
26秒前
黑眼圈完成签到 ,获得积分10
32秒前
jia完成签到 ,获得积分10
33秒前
如履平川完成签到 ,获得积分10
34秒前
科目三应助忧伤的步美采纳,获得10
35秒前
大椒完成签到 ,获得积分10
38秒前
41秒前
43秒前
wisdom完成签到,获得积分10
43秒前
slayers发布了新的文献求助30
46秒前
47秒前
e746700020完成签到,获得积分10
48秒前
高兴尔冬完成签到,获得积分10
48秒前
李爱国应助不安的秋白采纳,获得10
50秒前
忧伤的步美完成签到,获得积分10
55秒前
小西完成签到 ,获得积分10
56秒前
郝老头完成签到,获得积分10
57秒前
13313完成签到,获得积分10
58秒前
su完成签到 ,获得积分10
59秒前
1分钟前
1分钟前
量子星尘发布了新的文献求助10
1分钟前
slayers完成签到 ,获得积分10
1分钟前
1分钟前
知犯何逆完成签到,获得积分10
1分钟前
Krsky完成签到,获得积分10
1分钟前
ding应助不安的秋白采纳,获得10
1分钟前
1分钟前
1分钟前
HHHAN发布了新的文献求助10
1分钟前
威武的沂完成签到,获得积分10
1分钟前
1分钟前
1分钟前
高分求助中
【提示信息,请勿应助】关于scihub 10000
Les Mantodea de Guyane: Insecta, Polyneoptera [The Mantids of French Guiana] 3000
徐淮辽南地区新元古代叠层石及生物地层 3000
The Mother of All Tableaux: Order, Equivalence, and Geometry in the Large-scale Structure of Optimality Theory 3000
Handbook of Industrial Diamonds.Vol2 1100
Global Eyelash Assessment scale (GEA) 1000
Picture Books with Same-sex Parented Families: Unintentional Censorship 550
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 工程类 有机化学 生物化学 物理 内科学 纳米技术 计算机科学 化学工程 复合材料 遗传学 基因 物理化学 催化作用 冶金 细胞生物学 免疫学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 4038039
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 3575756
关于积分的说明 11373782
捐赠科研通 3305574
什么是DOI,文献DOI怎么找? 1819239
邀请新用户注册赠送积分活动 892655
科研通“疑难数据库(出版商)”最低求助积分说明 815022