正文 第284章 流浪行星(二)
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如此一来,氮肥的成本会大幅降低。至于磷肥等其他主要化肥,获取成本也会下降。磷元素在自然界中分布零散,很少有密集易开采的矿脉,因此成本较高。但有了廉价能源,我们可以通过多种高能耗但简单的方法(甚至离心机这类简单设备),从低浓度矿源中提取磷。
这个原理适用于所有矿产:即便不考虑这点,核聚变也能让小行星采矿变得经济可行。各类物质的回收利用,成本也会大幅降低,效率显著提升。水资源同理:地球表面70以上被水覆盖,但淡水资源短缺,因为大部分是无法直接饮用的海水。但有了廉价能源,海水淡化成本会变得极低,足以用于农业灌溉——干旱将不复存在,因为我们永远不缺水,还有廉价能源灌溉农田。
我们还能拥有廉价、碳中和的塑料或聚碳酸酯板材,用于建造温室。温室能大幅减少用水量,维持适宜温度,再加上廉价能源供暖,沙漠和冻土都能变成耕地。温室里温度适宜、化肥充足,粮食产量远超工业化前的传统农业,提升数个数量级。
这还不是全部:你可能听说过垂直农业——多层堆叠种植作物的模式。除了一些夸大其词的文章,现实中垂直农业通常只建几层,原因在于:植物对阳光的利用率本就不高,但也没低到能堆叠几十层种植的程度;而且摩天大楼的建造成本,远高于普通建筑,普通建筑又远低于廉价温室,温室又远低于直接利用土地。
有人会说,用高效led灯给摩天大楼里的垂直农场补光不就行了?这话没错,但补光需要消耗巨额能源,性价比远不如其他增加粮食产量的方式。但有了廉价核聚变,这一切都不再是问题。
接下来,我们来计算垂直农业、地下农业、空间站/宇宙飞船水培种植的能耗:生产1卡路里(准确说是1千卡)可食用食物,或是维持一个人一年所需食物,需要多少能量?这个数值很难精准估算,所以为了简化,我会用取整后的粗略数据,而非精确数值。
先从最原始的狩猎采集时代说起:当时养活一个人,大约需要1平方英里的土地,所有能量都来自太阳能。换算下来,每人每年消耗约1016焦耳太阳能。
到了中世纪,20英亩的农田就能养活一个家庭,土地利用率提升了约100倍,每人每年消耗约1014焦耳能量。
核聚变的能量转化率约为总质量的1(即爱因斯坦质能方程e=c??):完全质量转化的能量密度约为每千克1017焦耳,核聚变转化则约为每千克1015焦耳。
这意味着:狩猎采集时代,维持一个人一年所需的太阳能,仅需10千克核聚变燃料;前工业化时代,仅需01千克,大概一玻璃杯的量。在这个能量尺度下,其他所有能源消耗都微不足道——普通美国人每年消耗数千亿焦耳能量(相当于数千加仑汽油),换算下来,还不到1克核聚变燃料。
再看现代农业和水培种植:用led灯精准补光,仅提供植物生长所需的光线(植物主要吸收红光,正午阳光的利用率也很低)。数值难以精准计算,但经过优化后,一个客厅或大卧室大小、多层堆叠种植架的空间,消耗约10千瓦电力,就能养活一个人,甚至可以更低,仅需几千瓦。10千瓦的能耗,和人类其他日常活动能耗相当,每年约数千亿焦耳。
我们还需要肉类、绿叶蔬菜、公共绿地等,因此,我将人类年总能耗粗略估算为1万亿焦耳,仅需1克核聚变燃料。我一直称之为“核聚变燃料”,是因为目前我们还不确定最终会用哪种燃料——普通氢是宇宙中最常见的物质,理论上最理想,但目前研究重点集中在氢、氦的各种同位素上,比如氘(储量依然极其丰富,只是不如普通氢),这类同位
如此一来,氮肥的成本会大幅降低。至于磷肥等其他主要化肥,获取成本也会下降。磷元素在自然界中分布零散,很少有密集易开采的矿脉,因此成本较高。但有了廉价能源,我们可以通过多种高能耗但简单的方法(甚至离心机这类简单设备),从低浓度矿源中提取磷。
这个原理适用于所有矿产:即便不考虑这点,核聚变也能让小行星采矿变得经济可行。各类物质的回收利用,成本也会大幅降低,效率显著提升。水资源同理:地球表面70以上被水覆盖,但淡水资源短缺,因为大部分是无法直接饮用的海水。但有了廉价能源,海水淡化成本会变得极低,足以用于农业灌溉——干旱将不复存在,因为我们永远不缺水,还有廉价能源灌溉农田。
我们还能拥有廉价、碳中和的塑料或聚碳酸酯板材,用于建造温室。温室能大幅减少用水量,维持适宜温度,再加上廉价能源供暖,沙漠和冻土都能变成耕地。温室里温度适宜、化肥充足,粮食产量远超工业化前的传统农业,提升数个数量级。
这还不是全部:你可能听说过垂直农业——多层堆叠种植作物的模式。除了一些夸大其词的文章,现实中垂直农业通常只建几层,原因在于:植物对阳光的利用率本就不高,但也没低到能堆叠几十层种植的程度;而且摩天大楼的建造成本,远高于普通建筑,普通建筑又远低于廉价温室,温室又远低于直接利用土地。
有人会说,用高效led灯给摩天大楼里的垂直农场补光不就行了?这话没错,但补光需要消耗巨额能源,性价比远不如其他增加粮食产量的方式。但有了廉价核聚变,这一切都不再是问题。
接下来,我们来计算垂直农业、地下农业、空间站/宇宙飞船水培种植的能耗:生产1卡路里(准确说是1千卡)可食用食物,或是维持一个人一年所需食物,需要多少能量?这个数值很难精准估算,所以为了简化,我会用取整后的粗略数据,而非精确数值。
先从最原始的狩猎采集时代说起:当时养活一个人,大约需要1平方英里的土地,所有能量都来自太阳能。换算下来,每人每年消耗约1016焦耳太阳能。
到了中世纪,20英亩的农田就能养活一个家庭,土地利用率提升了约100倍,每人每年消耗约1014焦耳能量。
核聚变的能量转化率约为总质量的1(即爱因斯坦质能方程e=c??):完全质量转化的能量密度约为每千克1017焦耳,核聚变转化则约为每千克1015焦耳。
这意味着:狩猎采集时代,维持一个人一年所需的太阳能,仅需10千克核聚变燃料;前工业化时代,仅需01千克,大概一玻璃杯的量。在这个能量尺度下,其他所有能源消耗都微不足道——普通美国人每年消耗数千亿焦耳能量(相当于数千加仑汽油),换算下来,还不到1克核聚变燃料。
再看现代农业和水培种植:用led灯精准补光,仅提供植物生长所需的光线(植物主要吸收红光,正午阳光的利用率也很低)。数值难以精准计算,但经过优化后,一个客厅或大卧室大小、多层堆叠种植架的空间,消耗约10千瓦电力,就能养活一个人,甚至可以更低,仅需几千瓦。10千瓦的能耗,和人类其他日常活动能耗相当,每年约数千亿焦耳。
我们还需要肉类、绿叶蔬菜、公共绿地等,因此,我将人类年总能耗粗略估算为1万亿焦耳,仅需1克核聚变燃料。我一直称之为“核聚变燃料”,是因为目前我们还不确定最终会用哪种燃料——普通氢是宇宙中最常见的物质,理论上最理想,但目前研究重点集中在氢、氦的各种同位素上,比如氘(储量依然极其丰富,只是不如普通氢),这类同位
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