Sauerstoffgewinnung aus Eisonoxid-Staub auf dem Mars

[behlingc]

Hallo,

neulich wurde in einer Reportage im Fernsehen angedeutet, dass der Eisenoxid-Staub auf dem Mars als potentielle Sauerstoffquelle als alternative zur Elektrolyse von Wasser oder CO2 in Frage kommt.

Ich habe nach kurzer Recherche kein Verfahren dazu gefunden. In einem Hochofen wird der Sauerstoff im Eisenoxid ja durch die Hitze reduziert - oxidiert jedoch gleich wieder zu CO/CO2.

Gibt es da ein effizientes Verfahren?

Gruß
Carsten

[Nobby]

Vermute mal man reduziert mit Wasserstoff, welcher Wasser mit dem Oxid bildet und elektrolysiert das dann, der Wasserstoff wird wieder eingesetzt zur weiteren Reduktion, der Sauerstoff wird frei. Als Nebenprodukt erhält man noch Eisen.

[behlingc]

OK, danke.

Habe daraufhin folgende Redoxreaktion gefunden:

Reduktion: Fe2O3 -> 2 Fe + 3 <O>
Oxidation: H2 + <O> -> H2O | x3
Redoxreaktion: Fe2O3 + 3 H2 -> 3 Fe + 2 H2O

Prozess:

- Eisen(III)-Oxid in einem schwer schmelzbaren Glasrohr über eine Länge von etwa 4 cm und eine Höhe von etwa ½ cm einbringen
- erste Öffnung des Glasrohrs mit einer Zuleitung für Wasserstoff verschließen
- zweite Öffnung des Glasrohrs mit einem zur Spitze ausgezogenen Röhrchen verschließen
- leichten Wasserstoffstrom einleiten
- Wasserstoff entzünden und Flamme auf 2 - 3 cm einregulieren
- Eisen(III)-Oxid im Verbrennungsrohr erhitzen
- Gasbrenner wegnehmen, sobald es aufglüht
- Wasserelektrolyse

OK. Das geht dann nur da wo Wasservorkommen sind. Dann kommt das wohl erst bei späteren Missionen.

Wäre noch interessant zu Wissen, wie der Vergleich des Energieverbrauchs zur Sauerstoffgewinnung/Elektrolyse aus dem/des Kohlendioxid(s)

2 CO2 → 2CO + O2

aussieht.

Grundsätzlich wäre das ja zunächst der Vergleich zwischen Wasserstoffelektrolyse und Kohlendioxidelektrolyse.

Da die Redoxreaktion beim Eisen(III)-Oxid exotherm ist müsste hier ja eher ein Energiegewinn zum Energieverlust der Elektrolyse zugerechnet werden. Die Umgebungstemperatur und der Druck müsste dann auch eine Rolle spielen.

Kann mir einer beim Rechenansatz helfen?

Gruß
Carsten

[Nobby]

Kohlendioxid kann man nicht elektrolysieren.

[behlingc]

>

Kohlendioxid kann man nicht elektrolysieren.

OK. Bin kein Chemiker. Der Begriff passt vielleicht nicht so ganz.

Das Verfahren heißt auf Englisch "Solid Oxide Electrolysis (SOXE)" wird beim MOXIE des Mars Rovers Perseverance eingesetzt:
https://en.wikipedia.org/wiki/Mars_Oxyg ... #Principle

Kann man Feststoff-Elektrolyse sagen?
https://de.wikipedia.org/wiki/Festoxid- ... yseurzelle

[Nobby]

Das sind reverse betriebene Brennstoffzellen. Die arbeiten mit Keramiken und ca. 800 ° C. Dient hauptsächlich für Wasserstofferzeugung. Aus CO2 lässt sich CO und O2 erzeugen. Wo da aber Rost nun beteiligt sein soll erschließt sich mir nicht.

[behlingc]

Das sind reverse betriebene Brennstoffzellen. Die arbeiten mit Keramiken und ca. 800 ° C. Dient hauptsächlich für Wasserstofferzeugung. Aus CO2 lässt sich CO und O2 erzeugen. Wo da aber Rost nun beteiligt sein soll erschließt sich mir nicht.

Nirgends. Es ist ja auch von zwei Verfahren die Rede, die ich vom Energieaufwand vergleichen will (Zusatzfrage quasi):

1. Gewinnung von Sauerstoff aus Eisenoxid-Staub.
2. Gewinnung von Sauerstoff aus dem Kohlendioxid der Mars-Atmosphäre.

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Wäre noch interessant zu Wissen, wie der Vergleich des Energieverbrauchs zur Sauerstoffgewinnung/Elektrolyse aus dem/des Kohlendioxid(s)

2 CO2 → 2CO + O2

aussieht.

Grundsätzlich wäre das ja zunächst der Vergleich zwischen Wasserstoffelektrolyse und Kohlendioxidelektrolyse.

Da die Redoxreaktion beim Eisen(III)-Oxid exotherm ist müsste hier ja eher ein Energiegewinn zum Energieverlust der Elektrolyse zugerechnet werden. Die Umgebungstemperatur und der Druck müsste dann auch eine Rolle spielen.

Kann mir einer beim Rechenansatz helfen?
...

Sagen wir die Umgebungsbedingungen wären:

T_0 = 80K
P_0 = 600 Pa

Ich müsste wohl zunächst die Reaktionsenthalpien beider Varianten berechnen. Ist das korrekt? Wenn ja, wo bekomme ich die Bildungsenthalpien für diese Bedingungen her?

[Nobby]

Bei den Bedingungen passiert nichts. 80 K ist sau kalt. 800 ° C sind 1073 K.

[behlingc]

Bei den Bedingungen passiert nichts. 80 K ist sau kalt. 800 ° C sind 1073 K.

Klar, das sind ja auch die Bedingungen vor Ort.

Da muss man die Energie zum Aufwärmen auf die richtigen Prozessbedingungen (sowie die Energie um entsprechende Umgebungsdrücke herzustellen) mit einrechnen.

Ich wollte ja nachrechnen (zumindest überschlagsmäßig), wie beide Verfahren am selben Ort vom Energieverbrauch gesehen sich vergleichen.

[behlingc]

Redoxreaktion: Fe2O3 + 3 H2 -> 3 Fe + 2 H2O

Es muss heißen:

Redoxreaktion: Fe2O3 + 3 H2 -> 2 Fe + 3 H2O

Sorry, Tippfehler.

[kaschalot98]

Hallo zusammen, ich habe ebenfalls eine Frage bezüglich der Gewinnung von Sauerstoff aus Eisenoxid , jedoch sollte dies so sein das keine hohen Temperaturen bedürfen um den Sauerstoff herauszulösen und es soll kein Wasserstoff verwendet werden um den Sauerstoff zu binden. Gibt es hierzu andere Möglichkeiten um aus dem Eisenoxid reines Eisen zu erstellen und den Sauerstoff auf eine andere weisen zu erhalten?
danke im voraus

[Nobby]

Nein. Den Sauerstoff kann man nur an ein anderes Reduktionsmittel binden. In der Technik Kohle. Hochofenprozess sehr technisch seit 150 Jahren ausgereift.