Los combustibles de alta energía a base de boro prometen cohetes espaciales más limpios y ecológicos
Los combustibles de alta energía a base de boro prometen cohetes espaciales más limpios y ecológicos
Combustibles de alta energía a base de boro…
Los combustibles de boro se desarrollaron originalmente para aviones como el XB-79 Valkyrie
En una iniciativa que podría conducir a lanzamientos espaciales libres de carbono, los científicos de la Universidad de California, Riverside, están experimentando con el borano de amoníaco (NH₃BH₃) como sustituto de los combustibles químicos convencionales para cohetes a base de carbono.
Aparte del uso diario en gotas para los ojos y detergente en polvo, el boro tiene una historia fascinante en el campo aeroespacial.
En la década de 1950, la Fuerza Aérea y la Marina de los EE. UU. buscaban formas de construir aeronaves que fueran más rápidas y tuvieran mayor alcance. Un obstáculo importante para lograr esto es el combustible.
Idealmente, el mejor combustible sería el hidrógeno, pero incluso cuando se enfría en un líquido criogénico, ocupa demasiado espacio, es extremadamente difícil y peligroso de manejar e introduce todo tipo de problemas logísticos. Los combustibles de aviación convencionales basados en hidrocarburos refinados a partir de combustibles fósiles son mucho más prácticos porque el hidrógeno está unido a átomos de carbono, lo que los hace mucho más compactos y manejables.
Desafortunadamente, los combustibles como el queroseno todavía eran demasiado voluminosos y contenían muy poca energía por unidad para la necesidad militar de los EE. UU. de aviones supersónicos que pueden volar al otro lado del mundo. Para superar esto, los ingenieros querían crear un nuevo combustible que usara algún otro elemento para almacenar el hidrógeno, pero que pudiera ser lo suficientemente barato y fácil de usar para ser práctico.
El resultado fue una nueva familia de combustibles a base de boro, que se encuentra justo al lado del carbono en la tabla periódica. Estos compuestos de hidroboro, o boranos, se desarrollaron con el nombre en clave de Project Zip, por lo que recibieron el apodo de «combustibles zip».
Al principio, estos combustibles eran muy prometedores y producían casi el doble de energía térmica que los combustibles convencionales. Aeronaves como el bombardero estratégico XB-70 Valkyrie, el interceptor de largo alcance XF-108 Rapier, el misil BOMARC y otros fueron diseñados para usarlos, y había planes para convertir motores a reacción que ya estaban en uso para quemar boranos.
Pero los combustibles de borano tenían grandes problemas. Debido a que son sólidos a temperatura ambiente y se queman a temperaturas más altas, debían mezclarse con combustibles a base de hidrocarburos. Peor aún, producían un desecho pegajoso que atascaba los motores y solo podía eliminarse con mucho esfuerzo. Como resultado, los proyectos fueron cancelados en 1959.
Hoy en día, el borano en forma de borano de amoníaco se usa en celdas de combustible para impulsar vehículos eléctricos, donde el hidrógeno se libera a través de catalizadores.
Ahora, un equipo de UC Riverside, dirigido por Prithwish Biswas, está buscando una manera de usar boranos para impulsar cohetes capaces de poner satélites en órbita.
La clave para esto es desarrollar una mejor comprensión de cómo se queman los boranos y cómo lograr que lo hagan de manera eficiente, sin la necesidad de un combustible base o catalizadores, lo que podría resultar en una alternativa más ecológica a los combustibles basados en hidrocarburos y, posiblemente, lanzamientos espaciales más baratos.
A diferencia de los hidrocarburos, los boranos tienen un proceso de combustión complejo porque se convierten en varios compuestos diferentes a medida que se queman. Al formar el borano en nanopartículas y quemarlo con perclorato de potasio oxidante (KClO₄) o perclorato de amonio (NH₄ClO₄), el objetivo es alterar el proceso de combustión y liberar más energía más rápidamente.
«Esto es análogo al uso de convertidores catalíticos para permitir la combustión completa de combustibles de hidrocarburos», dijo Pankaj Ghildiyal, Ph.D. en química de la Universidad de Maryland. estudiante. «Aquí, pudimos crear una combustión más completa de los productos químicos y aumentar la energía de toda la reacción mediante el uso de la química del propio oxidante, sin necesidad de un catalizador».
Debido a que las partículas finas utilizadas en el estudio tienden a degradarse en ambientes húmedos, el próximo paso es encontrar una manera de darles una capa protectora para el almacenamiento.
«Hemos determinado la química fundamental que impulsa esta combinación de combustible y oxidante», dijo Biswas. «Ahora esperamos ver cómo funciona a gran escala».
La investigación fue publicada en The Journal of Physical Chemistry C.
