Trasformare la candeggina in carburante atossico per razzi con la stampa 3D

Simon Reid, uno studente di ingegneria che sta completando il suo dottorato di ricerca presso l’Università di Canterbury, a Christchurch, in Nuova Zelanda, sta lavorando a un letto catalizzatore stampato in 3D che consentirà un uso più efficiente del perossido di idrogeno concentrato (un agente sbiancante) come combustibile non tossico per razzi e per veicoli di lancio che richiedono una spinta da bassa a media.

Reid, che ha completato una laurea in ingegneria chimica e di processo nel 2019, ha identificato il perossido di idrogeno come un’alternativa molto meno tossica all’idrazina, un propellente aerospaziale comunemente usato per applicazioni di spinta medio-bassa. L’idrazina è un sospetto cancerogeno e richiede apparecchiature e protocolli di sicurezza aggiuntivi durante l’uso che fanno aumentare il costo dell’utilizzo del carburante per razzi.

In alternativa, il perossido di idrogeno è in gran parte non tossico per l’uomo e ha usi domestici comuni come lo sbiancamento dei capelli o la pulizia delle ferite. Tuttavia, per generare spinta dal perossido di idrogeno è necessario un catalizzatore. Il catalizzatore utilizzato è spesso un metallo prezioso, come argento o platino, che decompone rapidamente il perossido di idrogeno in un gas energetico.

Nel design stampato in 3D di Reid, la superficie del letto di catalizzatore in ceramica è rivestita con il catalizzatore per il passaggio del perossido di idrogeno. “Il passaggio del perossido di idrogeno liquido su un letto di catalizzatore accelera la reazione di decomposizione. La reazione dissocia la molecola, trasformandola in acqua e ossigeno. È la rottura della molecola che produce una grande quantità di energia e calore. Il calore vaporizza l’acqua e si traduce in un gas ad alta temperatura: il passaggio del gas caldo attraverso un ugello fornisce la spinta”, ha spiegato Simon.

Lo scopo della sua ricerca è di perfezionare la progettazione del letto di catalizzatore per massimizzare la generazione di spinta dal perossido di idrogeno come combustibile per razzi, limitando la perdita di catalizzatore dal letto e mantenendo leggeri i componenti. Collaborando con AddLab di Callaghan Innovation, Simon ha trasformato la stampa 3D per generare nuove strutture catalitiche per carburante per razzi non tossico con proprietà migliori: cadute di pressione inferiori e utilizzo di diversi materiali catalitici per migliorare le prestazioni dei propulsori. “La forma che sto usando si chiama giroide. È una forma matematica, più ottimale per i processi catalitici e non può essere prodotta utilizzando le tecniche tradizionali”, ha spiegato.

Le tre cose che Simon sta cercando di superare usando il giroide nel letto catalitico del carburante per razzi non tossico sono la perdita di catalizzatore, una grande caduta di pressione e la massimizzazione della spinta bilanciata contro la concentrazione di perossido di idrogeno: alcuni catalizzatori hanno un basso punto di fusione rispetto a la temperatura dei gas in uscita.

Dawn Aerospace, un collaboratore locale del progetto, utilizza attualmente il perossido di idrogeno come propellente per il loro aereo spaziale riutilizzabile che consegnerà i satelliti in orbita. Il catalizzatore che usano è piuttosto rudimentale ed è in circolazione dagli anni ’60, questo è ciò che la ricerca sta cercando di migliorare”, ha affermato Reid.

Simon inizierà presto a testare l’efficienza del letto catalizzatore di nuova concezione, confrontando i risultati con i progetti esistenti. “Solo poche aziende stanno seriamente prendendo in considerazione il perossido di idrogeno. Si spera che, progettando questi catalizzatori efficienti, possiamo promuoverlo come una valida alternativa all’idrazina e contribuire a rendere l’industria aerospaziale un po’ più sicura”.