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Feb 04, 2024

ESAは無重力状態で鉄がどのように燃焼するかをテスト中

宇宙で鉄を燃やしたらどうなる？ 欧州宇宙機関はそれを調べるために、微小重力下で鉄粉を焼いている。 彼らは楽しむためにやっているのではなく、「」と呼ばれるものを理解するためにやっているのです。

宇宙で鉄を燃やしたらどうなる？ 欧州宇宙機関はそれを調べるために、微小重力下で鉄粉を焼いている。 彼らは楽しむためにこれを行っているのではなく、「ディスクリート バーニング」と呼ばれるものを理解するために行っています。 このプロセスにより、地球上でより効率的な鉄燃焼炉が可能になる可能性があることが判明しました。 最終的には、大気中への温室効果ガスの放出に対抗する手段として、他の再生可能エネルギー源に加わる可能性がある。

では、なぜ鉄が燃えるのでしょうか？ 天体物理学では、巨大な星が「鉄の燃焼」段階に達すると、超新星という形で大惨事が引き起こされます。 それは、星の核にある鉄を消費するには、星が放出できるエネルギーよりも多くのエネルギーが必要だからです。 しかし、微小重力下での鉄の「燃焼」は別の化学プロセスです。

何かを燃やすとき、燃やしたい物質に酸素を加えることになります。 このプロセスでは熱とその他の副産物が発生します。 木材などを燃やしている場合、副産物は灰と二酸化炭素 (温室効果ガス) です。

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鉄（または他の金属）の粉末が燃えると、空気と反応して酸化物が形成されます。 その過程で、大量のエネルギー（および光）が生成されます。 鉄の場合、残ったものは基本的に酸化鉄、つまり古き良き錆びです。 そして、人々は錆を再処理して酸素を除去することができます。 基本的に、鉄分が戻ってきます。 二酸化炭素は生成されず、その過程で他の危険なガスも発生しません。

「大気中への炭素排出を減らす最善の方法は、炭素をまったく排出しないことです」と、TEXUS 観測ロケットでチームの実験飛行に携わった ESA エンジニアのアントニオ・ベルガ氏は説明した。

私たちのほとんどは、休日のお祝いの際に花火を打ち上げたり、線香花火で遊んだりしたときに金属が燃えることを経験したことがあります。 これらは素晴らしいおもちゃですが、小さなエネルギー源でもあります。 このような鉄や金属の燃焼プロセスを拡大するとどうなるでしょうか? はるかに大規模な熱とエネルギーを得ることができます。 これは、将来の月探査やその先の探査に関連する理由から、ESA の科学者がテストしたかったものです。

鉄の燃焼プロセスをテストするために、政府機関は無重力航空機による一連の放物線飛行とロケットの打ち上げを行った。 船内の「オーブン」には鉄粉が含まれており、それが自由に浮遊し、個別に発火した。 このような個別の燃焼はここ地球上ではまれですが、その物理学は宇宙ベースでの使用のために研究する価値があります。 このアイデアは、個別燃焼が月面基地などの場所で有用な技術になるかどうかを確認することでした。 このプロセスを頭の中でイメージするには、1 本の木が燃え、十分に熱くなると火が隣の木に飛び移る森林火災を思い浮かべてください。

ハイスピードカメラは航空機やロケットに搭載された実験の様子を捉えた。 画像とデータはその後、科学者がさまざまな環境で鉄を燃やすプラントが可能かどうかを理解するために使用しているコンピューター モデルに入力されました。

金属を燃やすプロセスは、多くの人にとって珍しい、ほとんど SF のようなものに思えるかもしれません。 ただし、まったく新しいアイデアというわけではありません。 研究者のコミュニティ全体が、地球上での持続可能なエネルギー生産のプロセスを研究しています。 そして、それは業界にとって新しいことではありません。 オランダのスウィンケルス家醸造所は、醸造プロセスを化石燃料からより環境的に持続可能なプロセスに転換するために、数年前に鉄の燃焼を採用しました。

宇宙では、月面にはまだ植民地やステーションはありませんが、ESAの科学者たちは、月面でも持続可能な金属燃焼エネルギープラントが必要になる時代が来ると見ています。 考えられるシナリオの 1 つは、太陽エネルギーを利用して月の鉱物からアルミニウムとシリコンの粉末を生成し、月の氷から水素と酸素を得るというものです。 水素は、鉄とチタンを多く含む月の塵を変換して水と鉄粉を生成するために使用される。 水の氷からの金属粉末と酸素はロケットや地上輸送用の推進剤に変えることができ、水の副産物は飲料水になります。