Високоенергийните горива на основата на бор обещават по-чисти и по-екологични космически ракети

Сподели

В инициатива, която може да доведе до изстрелвания в космоса без въглерод, учени от Калифорнийския университет, Ривърсайд, експериментират с амонячен боран (NH₃BH₃) като заместител на конвенционалните базирани на въглерод химически ракетни горива.

Освен ежедневната употреба в капки за очи и прах за пране, борът има завладяваща история в аерокосмическата област.

През 50-те години на миналия век ВВС и ВМС на САЩ търсят начини за изграждане на самолети, които са по-бързи и имат по-дълъг обсег. Едно основно препятствие за постигането на това е горивото.

В идеалния случай най-доброто гориво би било водородът, но дори когато е охладен в криогенна течност, той все още заема твърде много място, изключително труден и опасен за работа и създава всякакви логистични проблеми. Конвенционалните авиационни горива на базата на въглеводороди, рафинирани от изкопаеми горива, са много по-практични, тъй като водородът е свързан с въглеродни атоми, което ги прави много по-компактни и по-приемливи.

За съжаление горивата като керосин все още бяха твърде обемисти и съдържаха твърде малко енергия на единица за нуждата на американската армия от свръхзвукови самолети, които могат да летят по средата на света. За да преодолеят това, инженерите искаха да създадат ново гориво, което използва друг елемент за съхранение на водорода, но може да бъде достатъчно евтино и лесно за използване, за да бъде практично.

Резултатът беше ново семейство горива на базата на бор, което седи точно до въглерода в периодичната таблица. Тези хидроборни съединения, или борани, са разработени под кодовото име Project Zip, поради което са получили прякора „цип горива“.

Първоначално тези горива бяха много обещаващи, произвеждайки почти два пъти повече топлинна енергия от конвенционалните горива. Самолети като XB-70 Valkyrie стратегически бомбардировач, XF-108 Rapier далечен прехващач, ракета BOMARC и други бяха проектирани да ги използват и имаше планове за преобразуване на реактивни двигатели, които вече се използват, за изгаряне на борани.

Но борановите горива имаха големи проблеми. Тъй като те са твърди при стайна температура и изгарят при по-високи температури, те трябваше да бъдат смесени с горива на базата на въглеводороди. Още по-лошо, те произвеждаха лепкав отпадък, който свързваше двигателите и можеше да бъде отстранен само с много усилия. В резултат на това проектите са отменени през 1959 г.

Днес боранът под формата на амонячен боран се използва в горивни клетки за захранване на електрически превозни средства, където водородът се освобождава чрез катализатори.

Сега екип от UC Riverside, воден от Prithwish Biswas, търси начин да използва борани за захранване на ракети, способни да извеждат спътници в орбита.

Ключът към това е да се развие по-добро разбиране за това как горят бораните и как да ги накараме да правят това ефективно, без нужда от основно гориво или катализатори, което би могло да доведе до по-екологична алтернатива на горивата на базата на въглеводороди и, вероятно по-евтини космически изстрелвания.

За разлика от въглеводородите, бораните имат сложен процес на горене, тъй като при изгарянето им се превръщат в редица различни съединения. Чрез образуването на борана в наночастици и изгарянето му с окислители калиев перхлорат (KClO₄) или амониев перхлорат (NH₄ClO₄), целта е да се промени процеса на горене и да се освободи повече енергия по-бързо.

„Това е аналогично на използването на каталитични преобразуватели, за да се даде възможност за пълно изгаряне на въглеводородни горива“, каза Панкадж Гилдиял, доктор по химия на Университета на Мериленд. студент. “Тук успяхме да създадем по-пълно изгаряне на химикалите и да увеличим енергията на цялата реакция, като използваме химията на самия окислител, без да се нуждаем от катализатор.”

Тъй като фините частици, използвани в изследването, са склонни да се разграждат във влажна среда, следващата стъпка е да се намери начин да им се даде защитно покритие за съхранение.

„Определихме основната химия, която захранва тази комбинация от гориво и окислител“, каза Бисуас. “Сега с нетърпение очакваме да видим как се представя в голям мащаб.”

Изследването е публикувано в Списанието по физическа химия C.

Източник: Калифорнийския университет, Ривърсайд



Публикациите се превеждат автоматично с google translate


Сподели