El combustible de las misiones espaciales del futuro será limpio y se inspirará en los coches eléctricos

Una sustancia química usada en baterías de coches eléctricos podría brindarnos combustible libre de carbono para los vuelos espaciales, que emiten inmensas cantidades de gases sobre todo durante el lanzamiento de los cohetes. Así es el combustible “limpio” que podría convertirse en el futuro de las misiones espaciales.

Según una nueva investigación de UC Riverside (University of California Riverside), el combustible no solo supondría una reducción de emisiones, sino que este químico además tiene varias ventajas sobre otros tipos de combustibles para cohetes: mayor energía, menores costos y no requiere almacenamiento congelado.

El químico, el borano de amoníaco, se usa actualmente para almacenar el hidrógeno en las celdas de combustible que alimentan los vehículos eléctricos. Los investigadores de la Universidad de California Riverside ahora entienden cómo esta combinación de boro e hidrógeno puede liberar suficiente energía para lanzar también cohetes y satélites.

"Somos los primeros en demostrar que, además de los vehículos eléctricos, el borano de amoníaco también se puede usar para hacer que los cohetes funcionen, en las condiciones adecuadas", dijo en un comunicado Prithwish Biswas, ingeniero químico de la UCR y primer autor del nuevo estudio. Su demostración ahora ha sido publicada en The Journal of Physical Chemistry C.

Los combustibles para cohetes más comúnmente utilizados están basados en hidrocarburos y se sabe que tienen una variedad de impactos ambientales negativos. Pueden envenenar el suelo durante décadas, causar cáncer y producir lluvias ácidas, agujeros en la capa de ozono y gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono.

Por el contrario, una vez quemado, el borano de amoníaco libera los compuestos benignos óxido de boro y agua. "Es mucho menos dañino para el medio ambiente", dijo Biswas.

En comparación con los combustibles de hidrocarburos, el borano de amoníaco también libera más energía, lo que puede resultar en un ahorro de costos porque se requiere menos para propulsar el mismo vuelo.

Para liberar energía del combustible y permitir la combustión, se agregan catalizadores y oxidantes para suministrar oxígeno adicional al combustible. Las celdas de combustible a menudo emplean catalizadores para este propósito. Mejoran la velocidad de combustión, pero también permanecen en la misma forma antes y después de la reacción.

"Las naves espaciales requieren grandes cantidades de energía en un corto período de tiempo, por lo que no es ideal usar un catalizador porque no contribuye a la energía que necesita. Es como masa muerta en su tanque de gasolina", dijo Pankaj Ghildiyal, de la Universidad de Doctorado en química de Maryland estudiante y coautor del estudio, actualmente laborando en la UCR.

La química inherente de la descomposición del borano de amoníaco impide la liberación de su energía total al reaccionar con la mayoría de los oxidantes. Sin embargo, los investigadores encontraron un oxidante que altera los mecanismos de descomposición y oxidación de este combustible, lo que lleva a la extracción de su contenido energético total.

"Esto es análogo al uso de convertidores catalíticos para permitir la combustión completa de combustibles de hidrocarburos", dijo Ghildiyal. "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".

Además de crear subproductos indeseables, algunos combustibles para cohetes también requieren almacenamiento a temperaturas bajo cero. "La NASA ha utilizado hidrógeno líquido, que tiene una densidad muy baja", dijo Ghildiyal. "Por lo tanto, requiere mucho espacio y condiciones criogénicas para su mantenimiento".

Por el contrario, este combustible es estable a temperatura ambiente y es resistente a altas temperaturas. En este estudio, los investigadores crearon partículas muy finas a nanoescala de borano de amonio, que podrían degradarse en el transcurso de un mes en ambientes muy húmedos.

El equipo de investigación ahora está estudiando la forma en que las partículas de borano de amonio de varios tamaños envejecen en diferentes entornos. También están desarrollando métodos para encapsular partículas del combustible en una capa protectora, para mejorar su estabilidad en condiciones húmedas.