Alternativen für die Rakete gesucht

30. Mai 2011, 21:54
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Forschungsteam schlägt statt Hydrazin als Treibstoff-Komponente eine ionische Flüssigkeit vor

Viele Raketen, Satelliten und Raumsonden werden mit Hydrazin angetrieben, manchmal zusammen mit einem Oxidationsmittel wie Salpetersäure oder Distickstofftetroxid. Beim Befüllen der Tanks muss sich das technische Personal mit kompletten Schutzanzügen vor diesen hochgiftigen Substanzen schützen. Misslingt ein Raketenstart, kann es zu erheblichen Umweltgefahren kommen.

Alternative Treibstoffe müssen schwer vereinbare Forderungen erfüllten: Sie sollen umweltfreundlicher, also weniger toxisch, dabei aber genauso leistungsfähig sein. Einen diesbezüglich neuen Ansatz stellt nun ein Forschungsteam um Stefan Schneider vom Air Force Laboratory (Edwards, USA) in der Zeitschrift "Angewandte Chemie" vor: spezielle wasserstoffreiche ionische Flüssigkeiten, die in Kombination mit Wasserstoffperoxid selbstentzündlich sind.

Hintergrund

Trotz seines Gefahrenpotenzials wird Hydrazin als Raketentreibstoff eingesetzt, da der Stoff eine hohe Leistung entwickelt, über einen relativ langen Zeitraum gelagert werden kann und sich beim Kontakt mit einem Oxidationsmittel oder einem geeigneten Katalysator spontan entzündet. Auch die Oxidationsmittel für Raketentreibstoffe sind gefährlich. Distickstofftetroxid N2O4 ist zwar weniger korrosiv als Salpetersäure, aber es ist toxisch und leicht flüchtig. Eine interessante Alternative stellt Wasserstoffperoxid dar: Es ist weniger korrosiv und setzt bei Raumtemperatur deutlich weniger toxische Gase frei. Bei seiner Zersetzung entstehen nur Wasser und Sauerstoff. 

Die vorgeschlagene Alternative

Als Alternative zu Hydrazin als Treibstoff-Komponente schlagen Schneider und seine Kollegen eine ionische Flüssigkeit vor. Ionische Flüssigkeiten sind Verbindungen, die wie Salze aus Ionen, also positiv und negativ geladenen Teilchen, bestehen, die aber nicht als Kristalle vorliegen, sondern schon bei Raumtemperatur zur Flüssigkeit geschmolzen sind. Eine ionische Flüssigkeit verdampft so gut wie gar nicht. Entsprechend können auch keine toxischen Dämpfe entstehen. Bisher war es jedoch nicht gelungen, eine ionische Flüssigkeit herzustellen, die mit Wasserstoffperoxid zündfähig ist.

Wie das Team nun bekannt gab, hat es diese Hürde gemeistert: Das positiv geladene Ion der ionischen Flüssigkeit ist ein Phosphoratom, an das vier Kohlenstoffwassertoffketten gebunden sind. Herzstück ist aber das negativ geladene Ion aus einem Aluminium-, vier Bor- und 16 Wasserstoffatomen. Die wasserstoffreiche Zusammensetzung steigert die Leistungsfähigkeit der Treibstoffkomponente. "Dieses Aluminium-Borhydridion kann man als verdichtete Form von Wasserstoff ansehen, der durch Metallatome stabilisiert ist", so Schneider. "Auf ein gleiches Tankvolumen bezogen enthalten Flüssigkeiten mit diesem Ion sogar mehr Wasserstoff als reiner flüssiger Wasserstoff – ohne die Notwendigkeit einer aufwändigen Kühlung."

Auch die Zündfähigkeit wurde erfolgreich getestet: Bei Kontakt mit dem Oxidationsmittel Wasserstoffperoxid erfolgte die Zündung "fast augenblicklich", mit rauchender Salpetersäure gab es eine Explosion. Conclusio Schneiders: "Entsprechend interessant ist sein Potenzial als Komponente für umweltverträglichere Hochleistungstreibstoffe." (red)

  • Das Herzstück der ionischen Flüssigkeit, das Aluminium-Borhydrion
    foto: wiley-vch

    Das Herzstück der ionischen Flüssigkeit, das Aluminium-Borhydrion

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