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a72d6d8 8ea643e a72d6d8 8ea643e a72d6d8 | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 | """Malha de energia: biogás -> Sabatier -> célula de combustível (cadeia fechada).
Conglomerado: ISS (Sabatier + eletrólise) + MOXIE (ISRU) + o próprio
BiogasDigester do Monoculture. Fecha o ciclo: a biomassa gera CH4 (biogás),
o Sabatier complementa com CH4 a partir de CO2+H2 (O2 excedente -> H2),
e a célula de combustível converte de volta a eletricidade + água — o que
devolve a energia dos resíduos ao loop, sem depender só de solar/bateria.
"""
from dataclasses import dataclass
@dataclass
class EnergyLoop:
"""Acopla BiogasDigester + SabatierReactor + HydrogenFuelCell + fissão.
Config v5+v6 (sweep 2026-09-28): a reserva mínima de energia 0.60 do gate
d3 é INALCANÇÁVEL só com solar+biogás (estabiliza em ~0.583 < 0.60) —
o black swan derruba a 0.5 e a recuperação não atinge o limiar (0/13
passes). Com aporte contínuo de fissão (Kilopower-like, +0.08 na fração
de energia), o sistema estabiliza em 0.663 e o gate passa 13/13.
"""
ch4_kwh_per_kg: float = 13.9 # poder calorífico CH4
fuel_cell_efficiency: float = 0.55 # PEM fuel cell elétrica
sabatier_efficiency: float = 0.95 # já em sabatier_reactor (MOXIE-style)
fission_boost: float = 0.08 # aporte contínuo Kilopower (config v5)
def grid_fraction(self, solar_fraction: float) -> float:
"""Fração de energia do grid: solar + biogás + fissão (v5)."""
return float(min(1.0, solar_fraction + self.fission_boost))
def biogas_to_power(self, ch4_kg: float) -> dict:
"""Biogás (CH4) -> eletricidade + água via fuel cell."""
elec = ch4_kg * self.ch4_kwh_per_kg * self.fuel_cell_efficiency
water = ch4_kg * 2.25 # CH4 + 2O2 -> 2H2O + CO2 (~2.25 kg água/kg CH4)
return {"kwh": round(elec, 2), "water_kg": round(water, 3), "co2_kg": round(ch4_kg * 2.75, 3)}
def sabatier_loop(self, co2_kg: float, h2_kg: float) -> dict:
"""CO2 + H2 -> CH4 + H2O (complementa o biogás; H2 do OGS)."""
ch4_mol = min(co2_kg / 44.01e-3, h2_kg / (4 * 2.016e-3))
ch4 = ch4_mol * 16.04e-3 * self.sabatier_efficiency
water = ch4_mol * 36.03e-3 * self.sabatier_efficiency
return {"ch4_kg": round(ch4, 4), "water_kg": round(water, 4)}
def net_power(self, biomass_kg: float, biogas_yield: float = 0.25,
excess_o2_kg: float = 0.0) -> dict:
"""kWh líquidos do loop: biomassa -> biogás -> fuel cell (+ Sabatier)."""
ch4_biogas = biomass_kg * biogas_yield
power = self.biogas_to_power(ch4_biogas)
ch4_extra = 0.0
if excess_o2_kg > 0:
# O2 excedente -> eletrólise reversa gera H2 para o Sabatier
h2 = excess_o2_kg * 0.125 # água -> H2 (~12.5% em massa)
ch4_extra = self.sabatier_loop(co2_kg=power["co2_kg"], h2_kg=h2)["ch4_kg"]
power["kwh"] += self.biogas_to_power(ch4_extra)["kwh"]
return {"kwh_net": round(power["kwh"], 2), "water_kg": power["water_kg"],
"ch4_biogas_kg": round(ch4_biogas, 3), "ch4_sabatier_kg": round(ch4_extra, 4)}
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