Перекись водорода является менее токсичной альтернативой гидразину, широко используемому аэрокосмическому топливу для двигателей с малой и средней тягой. Последний является канцерогеном и для его применения требуется дополнительное оборудование. А это увеличивает цену как самого топлива, так и запуска ракет. В то же время перекись водорода нетоксична для человека и широко используется в быту, например, для обесцвечивания волос или обработки ран. Но для получения топлива из перекиси водорода требуется высокоэффективный катализатор. Обычно он создается с использованием дорогих драгоценных металлов, таких, как серебро или платина.
Аспирант химической и технологической инженерии университета Кентербери Саймон Рейд совместно с Callaghan Innovation разработал катализатор с особым керамическим слоем, который можно печатать на 3D-принтере. Он увеличивает эффективность переработки концентрированной перекиси водорода в ракетное топливо.
Саймон Рид с испытательным стендом для своего катализатора. Фото: canterbury.ac.nz
«Прохождение жидкой перекиси водорода над слоем катализатора ускоряет реакцию разложения. Реакция диссоциирует молекулу, превращая ее в воду и кислород. Именно распад молекулы производит большое количество энергии и тепла. Тепло испаряет воду и в результате горячий газ проходит через сопло и дает тягу», — отметил он.
Целью исследований Саймона является усовершенствование конструкции катализатора для увеличения создаваемой за счет перекиси водорода тяги. Чтобы добиться этого, аспирант применил особую форму, гироид — повторяющуются в трех измерениях структуру с минимальной поверхностью, открытую Аланом Шоэном в 1970 году.
«Форма, которую я использую, называется гироидом. Это математическая форма, которая больше подходит для каталитических процессов, и ее невозможно изготовить с использованием традиционных технологий», — добавил Саймон.
По его словам, лишь несколько компаний серьезно рассматривают возможность использования перекиси водорода. Саймон рассчитывает в будущем предложить более экологичную альтернативу гидразину и сделать аэрокосмическую промышленность немного безопаснее.
Напомним, в конце 2021 года компания SpaceX запустила программу по извлечению углекислого газа из атмосферы для переработки его в ракетное топливо. Корабль Starship работает на топливной паре метан-кислород, а углекислый газ можно преобразовать в метан за счет каталитической реакции с водородом. Атмосфера Марса на 96% состоит из углекислого газа. В начале 2022 года инженеры из Университета Иллинойса в Чикаго создали систему для очистки воздуха от углекислого газа, из которой его затем можно извлекать.
