W ramach inicjatywy, która może doprowadzić do bezemisyjnych startów w kosmos, naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Riverside eksperymentują z boranem amoniaku (NH₃BH₃) jako substytutem konwencjonalnych chemicznych paliw rakietowych na bazie węgla. Czy loty w kosmos staną się ekologiczne?

Okazuje się, że prócz codziennego stosowania w kroplach do oczu i proszkach do prania, bor ma fascynującą historię w branży lotniczej.

W latach pięćdziesiątych siły powietrzne i marynarka wojenna USA szukały sposobów na zbudowanie samolotów, które byłyby szybsze i miały większy zasięg.

Jedną z głównych przeszkód w osiągnięciu tego celu jest paliwo.

Najlepiej byłoby, gdyby najlepszym paliwem był wodór, ale nawet schłodzony do cieczy kriogenicznej nadal zajmuje zbyt dużo miejsca, jest niezwykle trudny i niebezpieczny w obsłudze oraz powoduje różnego rodzaju problemy logistyczne. Konwencjonalne paliwa lotnicze oparte na węglowodorach rafinowanych z paliw kopalnych są znacznie bardziej praktyczne, ponieważ wodór jest związany z atomami węgla, dzięki czemu są znacznie bardziej zwarte i podatne na obróbkę.

Niestety, paliwa, takie jak nafta, były nadal zbyt ciężkie i zawierały zbyt mało energii na jednostkę, jak na zapotrzebowanie armii amerykańskiej na naddźwiękowe odrzutowce, które mogą latać przez pół świata. Aby temu zaradzić, inżynierowie chcieli stworzyć nowe paliwo, które do przechowywania wodoru wykorzystuje inny pierwiastek, ale mogłoby być wystarczająco tanie i łatwe w użyciu, aby było praktyczne.

W rezultacie powstała nowa rodzina paliw na bazie boru, który znajduje się tuż obok węgla w układzie okresowym.

Te związki wodorowo-borowe lub borany zostały opracowane pod kryptonimem Project Zip, stąd nazwano je „paliwami zip”.

Początkowo paliwa te były bardzo obiecujące, wytwarzając prawie dwukrotnie więcej energii cieplnej niż paliwa konwencjonalne. Samoloty, takie jak bombowiec strategiczny XB-70 Valkyrie, przechwytujący dalekiego zasięgu XF-108 Rapier, pocisk BOMARC i inne, zostały zaprojektowane do ich użycia. Były też plany konwersji silników odrzutowych już używanych do spalania boranu.

Ale paliwa borowe miały poważne problemy. Ponieważ są one stałe w temperaturze pokojowej i spalane w wyższych temperaturach, musiały być mieszane z paliwami na bazie węglowodorów. Co gorsza, wytwarzały lepkie odpady, które zaklejały silniki i można je było usunąć tylko z dużym wysiłkiem. W rezultacie projekty zostały anulowane w 1959 roku.

Obecnie boran w postaci boranu amoniaku jest używany w ogniwach paliwowych do zasilania pojazdów elektrycznych, gdzie wodór jest uwalniany za pomocą katalizatorów.

Zespół z Uniwersytetu Kalifornii Riverside, kierowany przez Prithwish Biswas, szuka sposobu na wykorzystanie boranów do napędzania rakiet zdolnych do umieszczania satelitów na orbicie.

Kluczem do tego jest lepsze zrozumienie, w jaki sposób borany spalają się i jak skłonić je do efektywnego spalania, bez potrzeby stosowania paliwa bazowego lub katalizatorów, co może skutkować bardziej przyjazną dla środowiska alternatywą dla paliw opartych na węglowodorach oraz, być może tańsze kosmiczne premiery.

W przeciwieństwie do węglowodorów borany podlegają złożonemu procesowi spalania, ponieważ podczas spalania rozkładają się na wiele różnych związków. Poprzez formowanie boranu w nanocząsteczki i spalanie go za pomocą utleniaczy, nadchloranu potasu (KClO₄) lub nadchloranu amonu (NH₄ClO₄), celem jest zmiana procesu spalania i szybsze uwalnianie większej ilości energii.

„Jest to analogiczne do zastosowania konwerterów katalitycznych, aby umożliwić całkowite spalanie paliw węglowodorowych” – tłumaczy Pankaj Ghildiyal, student chemii Uniwersytetu Maryland.

„Tutaj byliśmy w stanie stworzyć pełniejsze spalanie i zwiększyć energię całej reakcji, wykorzystując chemię samego utleniacza, bez potrzeby stosowania katalizatora”.

Ponieważ drobne cząstki użyte w badaniu mają tendencję do degradacji w wilgotnym środowisku, następnym krokiem jest znalezienie sposobu na zapewnienie im powłoki ochronnej do przechowywania.

„Określiliśmy fundamentalną chemię, która napędza tę kombinację paliwa i utleniacza” – powiedział Biswas. „Teraz nie możemy się doczekać, aby zobaczyć, jak działa na dużą skalę”.

Źródło: newatlas

Foto: You Tube, pixabay/WikiImages