Labmedya - Laboratuvar ve Sağlık Gazetesi

Emisyon azalmasına ek olarak, bu kimyasalın diğer roket yakıt türlerine göre birçok avantajı var: daha yüksek enerji, daha düşük maliyet ve donmuş depolamaya gerek olmaması.

Amonyak boran olarak adlandırılan bu kimyasal, hidrojeni elektrikli araçlara güç sağlayan yakıt hücrelerinde depolamak için kullanılıyor. UCR araştırmacıları, yakın zamanda bu bor ve hidrojen kombinasyonunun roketleri ve uyduları fırlatmak için yeterli enerjiyi nasıl serbest bırakabileceğini gördüler.

UCR kimya mühendisi ve yeni çalışmanın ilk yazarı Prithwish Biswas, "Elektrikli araçlara ek olarak, amonyak boranın da doğru koşullar altında roketleri hareket ettirmek için kullanılabileceğini ilk gösteren biziz" dedi. Gösterileri şimdi The Journal of Physical Chemistry C'de yayınlandı.

En yaygın olarak kullanılan roket yakıtları hidrokarbon bazlıdır ve çeşitli olumsuz çevresel etkileri olduğu bilinmektedir. Onlarca yıl toprağı zehirleyebilir, kansere neden olabilir ve asit yağmurları, ozon tabakasında hasara ve karbondioksit gibi sera gazları üretimine neden olabilirler.

Buna karşılık, bir kez yandığında, amonyak boran, iyi huylu bileşikler olan bor oksit ve suyu serbest bırakır. Biswas, çevreye çok daha az zararlı olduğunu söyledi.

Hidrokarbon yakıtlarla karşılaştırıldığında, amonyak boran daha fazla enerji açığa çıkarır ve aynı uçuş için daha az enerji gerektiğinden potansiyel olarak maliyet tasarrufu sağlar.

Yakıttaki enerjiyi açığa çıkarabilmek ve yanmayı sağlamak için, yakıta ekstra oksijen sağlamak gerekir. Bu da katalizörler ve oksitleyiciler eklenerek sağlanır. Yakıt hücreleri genellikle bu amaç için katalizörleri kullanır. Yanma hızını arttırırlar, ancak reaksiyondan önce ve sonra aynı formda kalırlar.

UCR çalışanı, Maryland, kimya Ph.D. öğrencisi ve çalışma ortak yazarı olan Pankaj Ghildial, "Uzay aracı kısa sürede yüksek miktarda enerji gerektirir, bu nedenle katalizör kullanmak ideal değildir çünkü ihtiyacınız olan enerjiye katkıda bulunmaz. Bu, benzin deponuzdaki ölü kütle gibidir." dedi.

Amonyak boran ayrışmasının doğal kimyası, çoğu oksitleyici ile reaksiyona girdiğinde toplam enerjisinin salınmasını engeller. Ancak araştırmacılar, bu yakıtın ayrışma ve oksidasyon mekanizmalarını değiştiren ve toplam enerji içeriğinin çıkarılmasına yol açan bir oksitleyici buldular.

Ghildial, bunun, hidrokarbon yakıtların tamamen yanmasını sağlamak için katalitik konvertörlerin kullanımına benzediğini söyledi ve ekledi, "Burada, bir katalizöre ihtiyaç duymadan oksitleyicinin kimyasını kullanarak kimyasalların daha eksiksiz yanmasını sağlayabildik ve tüm reaksiyonun enerjisini artırabildik."

İstenmeyen yan ürünler yaratmanın yanı sıra, bazı roket yakıtları ayrıca donma noktasının altındaki sıcaklıklarda depolamayı da gerektirir. Ghildilal, "NASA, çok düşük yoğunluğa sahip sıvı hidrojen kullandı." dedi. Ghidal, bu nedenle, bakım için çok fazla alan ve kriyojenik koşullar gerektiğini de söyledi. 

Buna karşılık, bu yakıt oda sıcaklığında stabildir ve yüksek ısıya dayanıklıdır. Bu çalışmada, araştırmacılar çok nemli ortamlarda bir ay boyunca bozunabilen çok ince, nano ölçekli amonyum boran parçacıkları oluşturdular.

Araştırma ekibi şu anda, çeşitli boyutlardaki amonyum boran parçacıklarının farklı ortamlarda nasıl yaşlandığını inceliyor. Ayrıca, nemli koşullarda stabilitelerini artırmak için yakıt partiküllerini koruyucu bir kaplama ile kapsülleme yöntemleri geliştiriyorlar.

Bu araştırma, UCR kimya mühendisliği profesörü Michael R. Zachariah tarafından denetlendi ve ABD Savunma Tehditlerini Azaltma Ajansı'nın Üniversite Araştırma İttifakları programı ile Deniz Kuvvetleri Araştırma Ofisi tarafından finanse edildi. Ajanslar, daha temiz ve daha verimli uçuş yakıtları üretmeye yardımcı olmak için fon sağladı.

Bu çalışmada deneysel gözlemleri desteklemek için gereken kuantum kimyası hesaplamaları, UCR malzeme bilimcileri Hyuna Kwon ve Bryan M. Wong ile işbirliği içinde yapıldı.

Biswas, bu yakıt ve oksitleyici kombinasyonuna güç veren temel kimyayı belirlediklerini iletti. Kimya mühendisi ayrıca ekledi, "Şimdi büyük ölçekte nasıl performans gösterdiğini görmek için sabırsızlanıyoruz."

Makale: pubs.acs.org