Qual é a pegada de carbono das viagens espaciais?

Qual é a pegada de carbono das viagens espaciais?

Quem não poderia ter ficado impressionado com o recente e incrível lançamento da tripulação do Space X no dia 30 de Maio? Dois astronautas deixaram com sucesso a atmosfera da Terra para atracar com a estação espacial internacional num foguete semi-reutilizável. Este foi claramente um feito incrível e devolveu os EUA à vanguarda das viagens espaciais. Além disso, este passo significativo aproxima-nos dos voos tripulados para mars, o que acredito que acontecerá muito provavelmente dentro da próxima década. Adoro a ideia de a NASA subcontratar as "coisas fáceis" para que se possam concentrar no maior prémio de Marte!

Ver o lançamento fez-me pensar na pegada de carbono e no impacto ambiental de deslocar a cápsula do Dragão 400 quilómetros para o espaço para ir ao encontro da Estação Espacial Internacional (ISS). Fiquei surpreendido como é difícil responder à questão da pegada de carbono - e mais preocupantemente como a matemática era duvidosa onde as pessoas tiveram uma oportunidade - por isso reuni vários números de toda a Internet para tentar ter uma ideia do número - os meus cálculos estão abaixo, por isso sintam-se à vontade para desafiar a lógica subjacente.

Cálculo da pegada de carbono

O foguete Falcon 9 é accionado por 9 motores Merlin. Os motores Merlin geram cerca de 1,7 milhões de libras de impulso à potência máxima, consumindo uma mistura de querosene super refrigerado e propulsores de oxigénio líquido criogénico. Cerca de 155 toneladas de querosene líquido refrigerado são consumidas durante um lançamento, juntamente com 362 toneladas de oxigénio líquido. É muito combustível que se encontra mesmo por baixo dos nossos dois astronautas. Não só está a ser queimado combustível de aviação de alta qualidade como também muito oxigénio está a ser utilizado no processo de combustão. Então, o que é a pegada de carbono do lançamento?

• O querosene tem uma intensidade de carbono de 3Kg de carbono por Kg de querosene [I]. Assim, o carbono gerado a partir do querosene utilizado no lançamento é de 465 toneladas.

• O Oxigénio utilizado é produzido a partir de um processo criogénico que utiliza electricidade para arrefecer o ar e libertar o oxigénio. Assumindo que o armazenamento e transporte é relativamente eficiente e que a electricidade da rede é utilizada para produzir o oxigénio, então o carbono emitido na produção do oxigénio é mais 650 toneladas (ver cálculo abaixo).

Portanto, a pegada total de carbono do Querosene e Oxigénio é de cerca de 1115 Tons. A pegada de carbono anual de "278" cidadãos médios do mundo. Com toda a honestidade, teria esperado que fosse muito maior.

Há uma oportunidade para o oxigénio ser produzido utilizando electricidade sem carbono - mas dado que ninguém está a gritar sobre isso, duvido que isto esteja a acontecer (eu teria todo o gosto em ser corrigido!).

Comparando isso com o voo convencional; um Boeing 747 queima cerca de 4 litros de combustível por segundo; o voo de Londres para Nova Iorque utiliza no total cerca de 70 toneladas com uma pegada de carbono de cerca de 210 Toneladas de Carbono em cada sentido. Comparando isso com o nosso lançamento, estamos a utilizar cerca do equivalente a 5 voos transatlânticos de regresso.

Outra medida são as emissões por passageiro/por km percorrido - que para a recente viagem ao ISS de apenas duas investidas é de cerca de 700kg/km (assumi 400km em cada sentido sem combustível queimar no regresso), o que se compara a 0,133kg/km para voos domésticos ou 177kg/km para viagens de automóvel [ii]. Isto melhora significativamente a cápsula do Dragão tem um elogio completo de 7 astronautas.

É provavelmente uma tolice comparar viagens espaciais com viagens ferroviárias e aéreas - no entanto, mostra a quantidade de energia que está a ser utilizada comparativamente e, consequentemente, a quantidade de carbono emitida.

Outras considerações

Penso que o acima referido pode ser um pouco mais elevado à medida que se adicionam perdas no transporte e produção de ambos os combustíveis. Tenho lutado para encontrar dados sobre isto, no entanto, é provável que aumentem ainda mais a pegada. Um enorme passo na descarbonização das viagens espaciais seria gerar e transportar todo aquele oxigénio utilizando electricidade verde de carbono zero!

Existem alguns outros impactos interessantes das viagens espaciais no que diz respeito aos locais onde as emissões ocorrem, por exemplo, fuligem na atmosfera superior e esgotamento da camada de ozono [v]. Não me debrucei sobre estes aqui, pois são super complexos e não parece haver demasiada clareza na ciência sobre o impacto. No entanto, estão a tornar-se cada vez mais importantes à medida que o número de lançamentos de foguetes aumenta.

Conclusão

Anualmente, a nível mundial, há cerca de 100 lançamentos espaciais por ano - no entanto, com o turismo espacial e o aumento do número de lançamentos de satélites, este número está estimado em mais de 1000 [iii]. Se tomarmos o nosso número de carbono para o nosso lançamento, chegamos a uma pegada de carbono para viagens espaciais de cerca de 3,1 milhões de toneladas em apenas alguns anos - juntamente com danos na camada de ozono, juntamente com fuligem na atmosfera superior. À medida que as viagens espaciais se expandem e Marte parece cada vez mais possível, tornar-se-á mais importante gerir a pegada aqui na Terra das nossas aspirações de explorar o nosso sistema solar.

Se quiser ver a verdadeira potência aumentar o volume e clicar em play neste incrível vídeo de um motor merlin a ser testado!

e se quiser vê-lo novamente - aqui está o lançamento!

Alguns Matemática!

Não há muitos dados livremente disponíveis sobre a intensidade de carbono do oxigénio líquido. Assim, tomei um exemplo de 300kW[iv] planta de oxigénio utilizando 300kw de electricidade para produzir 2 toneladas num dia. Para produzir uma tonelada de oxigénio líquido é necessário cerca de 3,6MWHr de electricidade. Para produzir as 362 toneladas de oxigénio líquido necessárias para o lançamento é necessário, portanto, 1300MWHr de electricidade. A intensidade média de carbono da rede nos EUA é de 0,5 toneladas de dióxido de carbono por MWHr. Portanto, o carbono gerado na produção do oxigénio para o lançamento é de cerca de 650 toneladas se utilizarem electricidade "padrão" da rede dos EUA. Onde o oxigénio é realmente importante aqui - se fosse feito na faixa solar da Califórnia, seria muito menos do que se utilizasse electricidade a partir do carvão. A geografia é realmente importante quando se trata de intensidade de 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/