Исследователи испытали безуглеродное ракетное топливо на основе вещества из топливных элементов в электромобилях
Специалисты Калифорнийского университета в Риверсайде (University of California Riverside – UCR) провели новое исследование. Согласно данным этой работы, химическое вещество, которое используется в аккумуляторах электромобилей, может дать безуглеродное топливо для космических полётов. Кроме сокращения выбросов, это химическое вещество имеет ряд плюсов по сравнению с прочими видами ракетного топлива. Это более высокая энергетическая плотность, низкие затраты и отсутствие необходимости хранения в замороженном виде.
Речь идёт о таком химическом веществе, как боран аммиака. В настоящее время оно используется для хранения водорода в топливных элементах, которые питают электромобили. Исследователи UCR поняли, как комбинация бора и водорода может обеспечить выделение достаточного количества энергии для запуска спутников и ракет. Автор исследования, инженер-химик UCR, Притвиш Бисвас сказал, что они первыми продемонстрировали возможность использования боран аммиака для запуска ракет при правильных условиях. Описание и результаты исследования они опубликовали тут.
Наиболее часто используемое сегодня ракетное топливо основывается на углеводородах. По мнению учёных, это оказывает негативное воздействие на окружающую среду. Современное ракетное топливо может десятки лет отравлять почву при попадании на неё, образовывать кислотные дожди, онкологические заболевания. Его использование приводит к возникновению озоновых дыр и выбросам углекислого газа в атмосферу.
При сгорании боран аммиака выделяются лишь безопасные соединения оксида бора и воды. Бисвас говорит, что это гораздо меньший вред для окружающей среды. Кроме того, боран аммиака выделяет больше энергии, что потенциально может обеспечить экономию средств, поскольку на полет будет требоваться меньше энергии.
Чтобы высвободить энергию из топлива и обеспечить его сгорание, в него добавляются окислители и катализаторы. Это обеспечивает ракетное топливо дополнительным кислородом. Катализаторы увеличивают скорость горения, но сохраняют свою форму как до, так и после реакции. Катализаторы используются и в топливных элементах.
Соавтор исследования Панкадж Гильдиял сказал, что ракетам и спутникам для запуска требуется большое количество энергии за короткий промежуток времени. Катализатор не может дать необходимой энергии, и его использование не идеально. По его мнению, катализатора является «мёртвой массой в бензобаке автомобиля». Присущий химизм разложения борана аммиака препятствует высвобождению его полной энергии при реакции с большинством окислителей. Однако исследователям из UCR удалось обнаружить окислитель, который меняет механизмы разложения и окисления этого топлива, что приводит к извлечению его общего содержания энергии.
Гильдиял говорит, что предложенный имя процесс аналогичен использованию каталитических нейтрализаторов для обеспечения полного сгорания углеводородного топлива. Но, по его словам, им удалось создать более полное сгорание химических веществ и увеличить энергию всей реакции. Для этого использовался химический состав самого окислителя без катализатора.
Кроме образования нежелательных побочных продуктов, некоторые виды ракетного топлива также требуют хранения при температуре ниже точки замерзания. В качестве примера Гильдиял приводит практику NASA по использованию жидкого водорода с очень низкой плотностью. Для обслуживания такого топлива требуются криогенные условия и много места. Топливо, которое предлагают исследователи, стабильно при комнатной температуре и устойчиво к высоким температурам.
В ходе проведенной работы исследователи создали очень мелкие наночастицы борана аммония, которые могут разлагаться в течение месяца в очень влажной среде. В данный момент исследовательская группа изучает, каким образом частицы борана аммония разного размера стареют в разных средах. Они также разрабатывают методы инкапсуляции частиц топлива в защитное покрытие. Это необходимо для повышения их стабильности во влажных условиях.
Данное исследование проводилось под руководством профессора химического машиностроения UCR, Майкла Р. Захарии. Финансирование работы осуществлялось в рамках программы университетских исследовательских альянсов Агентства по уменьшению угрозы обороны США, а также средства выделялись Управлением военно-морских исследований.
Расчёты квантовой химии, которые требовались для поддержки экспериментальных наблюдений в этом исследовании, выполнялись при сотрудничестве с учеными-материаловедами UCR Хьюной Квоном и Брайаном М. Вонгом. Бисвас говорит, что они определили фундаментальную химию, которая приводит в действие данную комбинацию топлива и окислителя. Теперь они с нетерпением ждут, когда появится возможность увидеть работу этого топлива в больших масштабах, говорит Бисвас.
(голосов: 1, в среднем: 5,00 из 5)
Загрузка...
