¿Cuál es la huella de carbono de los viajes espaciales?

¿Cuál es la huella de carbono de los viajes espaciales?

¿Quién no se ha quedado impresionado por el reciente e increíble lanzamiento del Space X tripulado el 30 de mayo? Dos astronautas dejaron con éxito la atmósfera terrestre para acoplarse a la estación espacial internacional en un cohete semi-reutilizable. Esto fue claramente un logro increíble y devolvió a los EE.UU. a la vanguardia de los viajes espaciales. Además, este significativo paso nos acerca a los vuelos tripulados a Marte, lo cual creo que ocurrirá muy probablemente en la próxima década. Me encanta la idea de que la NASA externalice las "cosas fáciles" para que puedan centrarse en el gran premio de Marte.

Ver el lanzamiento me hizo pensar en la huella de carbono y el impacto ambiental de desplazar la cápsula Dragón 400 kilómetros hacia el espacio para encontrarse con la Estación Espacial Internacional (ISS). Me sorprendió lo difícil que es responder a la pregunta de la huella de carbono - y más preocupante aún, lo dudosas que eran las matemáticas en las que la gente se ha metido - así que he reunido varios números de todo el Internet para tratar de obtener una idea del número - mis cálculos están abajo así que siéntase libre de desafiar la lógica subyacente.

Calculando la huella de carbono

El cohete Falcon 9 está propulsado por 9 motores Merlín. Los motores Merlín generan alrededor de 1,7 millones de libras de empuje a plena potencia, consumiendo una mezcla de queroseno superfrío y propulsores criogénicos de oxígeno líquido. Alrededor de 155 toneladas de queroseno líquido refrigerado se consumen durante un lanzamiento junto con 362 toneladas de oxígeno líquido. Eso es mucho combustible que se encuentra justo debajo de nuestros dos astronautas. No sólo se quema combustible de aviación de alto grado, sino que también se consume mucho oxígeno en el proceso de combustión. Entonces, ¿cuál es la huella de carbono del lanzamiento?

• El queroseno tiene una intensidad de carbono de 3 Kg. de carbono por Kg. de queroseno [I]. Por lo tanto, el carbono generado por el queroseno utilizado en el lanzamiento es de 465 toneladas.

• El oxígeno utilizado se produce a partir de un proceso criogénico que utiliza la electricidad para enfriar el aire y liberar el oxígeno. Suponiendo que el almacenamiento y el transporte sean relativamente eficientes y que se utilice la electricidad de la red para producir el oxígeno, entonces el carbono emitido en la producción del oxígeno es de 650 toneladas más (véase el cálculo a continuación).

Por lo tanto, la huella total de carbono del Queroseno y el Oxígeno es de alrededor de 1115 Toneladas. La huella de carbono anual de los ciudadanos del mundo '278' promedio. Con toda honestidad, habría esperado que fuera mucho mayor.

Hay una oportunidad para que el oxígeno se haga usando electricidad de carbono cero - pero dado que nadie está gritando al respecto dudo que esto esté sucediendo (¡felizmente me corregiría!).

Comparando esto con el vuelo convencional; un Boeing 747 quema alrededor de 4 litros de combustible por segundo; volando de Londres a Nueva York en total utiliza alrededor de 70 toneladas con una huella de carbono de alrededor de 210 toneladas de carbono en cada sentido. Comparando esto con nuestro lanzamiento, estamos usando alrededor del equivalente a 5 vuelos transatlánticos de ida y vuelta.

Otra medida es la de las emisiones por pasajero/por kilómetro recorrido, que para el reciente viaje a la ISS de sólo dos embestidas es de unos 700kg/km (he asumido 400km en cada sentido sin quemar combustible en el regreso). Eso se compara con 0,133kg/km para el vuelo doméstico o 177kg/km para el viaje en coche [ii]. Esto mejora significativamente una vez que la cápsula Dragón tiene un complemento completo de 7 astronautas.

Es probablemente una tontería comparar los viajes espaciales con el ferrocarril y el aire, pero muestra cuánta energía se utiliza comparativamente y, por consiguiente, cuánto carbono se emite.

Otras consideraciones

Creo que lo anterior puede ser un poco más alto si se suman las pérdidas en el transporte y la producción de ambos combustibles. He luchado para encontrar datos sobre esto, sin embargo es probable que aumenten más la huella. Un gran paso en la descarbonización de los viajes espaciales sería generar y transportar todo ese oxígeno usando electricidad verde de carbono cero!

Hay algunos otros impactos interesantes de los viajes espaciales con respecto a dónde ocurren las emisiones, por ejemplo, hollín en la atmósfera superior y el agotamiento de la capa de ozono [v]. No he entrado en estos aquí ya que son super complejos y no parece haber demasiada claridad en la ciencia sobre el impacto. Sin embargo, se están volviendo cada vez más importantes a medida que aumenta el número de lanzamientos de cohetes.

Conclusión

Anualmente hay alrededor de 100 lanzamientos espaciales al año en todo el mundo - sin embargo con el turismo espacial y el creciente número de lanzamientos de satélites esto se eleva a más de 1000 [iii]. Si tomamos nuestro número de carbono para nuestro lanzamiento, entonces llegamos a una huella de carbono para los viajes espaciales de alrededor de 3,1 millones de toneladas en sólo unos pocos años - junto con el daño a la capa de ozono junto con el hollín en la atmósfera superior. A medida que los viajes espaciales se expanden y Marte parece cada vez más posible, será más importante gestionar la huella aquí en la Tierra de nuestras aspiraciones de explorar nuestro sistema solar.

Si quieres ver la potencia real sube el volumen y haz clic en "play" en este increíble vídeo de un motor merlín que se está probando.

y si quieres verlo de nuevo - ¡aquí está el lanzamiento!

¡Unas matemáticas!

No hay muchos datos disponibles sobre la intensidad de carbono del oxígeno líquido. Así que he tomado un ejemplo de una planta de oxígeno de 300kW[iv] que utiliza 300kw de electricidad para producir 2 toneladas en un día. Para producir una tonelada de oxígeno líquido se necesitan unos 3,6MWHr de electricidad. Para producir las 362 Toneladas de oxígeno líquido necesarias para el lanzamiento debes, por lo tanto, necesitar 1300MWHr de electricidad. La intensidad media de carbono de la red en los EE.UU. es de 0,5 toneladas de dióxido de carbono por MWHr. Por lo tanto, el carbono generado en la producción del oxígeno para el lanzamiento es de unas 650 toneladas si se utiliza la electricidad "estándar" de la red de EE.UU. Si se produce en el cinturón solar de California, sería mucho menos que si se utiliza electricidad de carbón. La geografía realmente importa cuando se trata de la intensidad del carbono!

[i] www.engineeringtoolbox.com/co2-emission-fuels-d_1085.html

[ii] www.bbc.co.uk/news/science-environment-49349566

[iii] www.space.com/elon-musk-starship-spacex-flights-mars-colony.html

[iv] advancedtech.airliquide.com/liquid-oxygen-lox-plant

[v] www.sciencefocus.com/space/are-space-launches-bad-for-the-environment/