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| Los combustibles de boro se desarrollaron originalmente para aviones como el XB-79 Valkyrie. Crédito: NASA |
Investigadores de la Universidad de California, en Riverside, están examinando otros usos del borano de amoníaco -un producto químico utilizado en las baterías de los vehículos eléctricos- y han sugerido que este producto químico también podría proporcionarnos un combustible sin carbono para los vuelos espaciales. Según sus investigaciones, este producto químico presenta varias ventajas sobre otros tipos de combustible para cohetes: mayor energía, menor coste y ausencia de necesidad de almacenamiento congelado.
El amoníaco borano se utiliza actualmente para almacenar hidrógeno en las pilas de combustible que alimentan los vehículos eléctricos. Los investigadores de la UCR comprenden ahora cómo esta combinación de boro e hidrógeno puede liberar suficiente energía para lanzar también cohetes y satélites.
Los combustibles convencionales para cohetes se basan en hidrocarburos refinados a partir de combustibles fósiles y se sabe que tienen una serie de impactos ambientales negativos, como el envenenamiento del suelo durante décadas, el cáncer y la producción de lluvia ácida, agujeros de ozono y gases de efecto invernadero. En cambio, una vez quemado, el borano amoniacal libera los compuestos benignos óxido de boro y agua, que son mucho menos perjudiciales para el medio ambiente. También libera más energía, lo que puede suponer un ahorro de costes porque se necesita menos cantidad para alimentar el mismo vuelo.
Para liberar la energía de los combustibles tradicionales para cohetes basados en hidrocarburos y permitir la combustión, se añaden catalizadores y oxidantes para suministrar oxígeno adicional al combustible. Estos mejoran la velocidad de combustión, pero también se mantienen en la misma forma antes y después de la reacción.
La química inherente a la descomposición del borano de amoníaco dificulta la liberación de su energía total cuando reacciona con la mayoría de los oxidantes, razón por la cual no se ha considerado ampliamente como una opción para el combustible de cohetes hasta ahora. Sin embargo, los investigadores encontraron un oxidante que altera los mecanismos de descomposición y oxidación de este combustible, lo que permite extraer su contenido energético total.
"Esto es análogo al uso de convertidores catalíticos para permitir la combustión completa de los combustibles de hidrocarburos", dijo Pankaj Ghildiyal, estudiante de doctorado en química de la Universidad de Maryland y coautor del estudio, que actualmente trabaja en la UCR. "Aquí pudimos crear una combustión más completa de los productos químicos y aumentar la energía de toda la reacción utilizando la química del propio oxidante, sin necesidad de un catalizador".
Algunos combustibles para cohetes también requieren ser almacenados a temperaturas bajo cero. Por el contrario, el combustible de amoníaco-borano es estable a temperatura ambiente y es resistente al calor elevado. En su investigación, el equipo creó partículas muy finas y a nanoescala de borano de amonio, que podían degradarse en el transcurso de un mes en ambientes muy húmedos.
Ahora están estudiando cómo envejecen las partículas de borano de amonio de distintos tamaños en diferentes entornos y también desarrollando métodos para encapsular las partículas del combustible una capa protectora que mejore su estabilidad en condiciones de humedad.
"Hemos determinado la química fundamental que impulsa esta combinación de combustible y oxidante", afirma Prithwish Biswas, ingeniero químico de la UCR y primer autor del nuevo estudio. "Ahora, estamos deseando ver cómo se comporta a gran escala".
Fuentes, créditos y referencias:
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Rerouting Pathways of Solid-State Ammonia Borane Energy Release
Prithwish Biswas, Pankaj Ghildiyal, Hyuna Kwon, Haiyang Wang, Zaira Alibay, Feiyu Xu, Yujie Wang, Bryan M. Wong, and Michael R. ZachariahThe Journal of Physical Chemistry C 2022 126 (1), 48-57DOI: 10.1021/acs.jpcc.1c08985