Pesquisa desenvolve combustível para foguetes com 150% mais energia
Albany, Nova York — InkDesign News — Pesquisadores da Universidade de Albany anunciaram, nesta semana, a síntese inédita de um composto de alta energia, o diboreto de manganês (MnB₂), capaz de tornar combustíveis de foguete substancialmente mais eficientes. O estudo, publicado no Journal of the American Chemical Society, sugere que a substância poderá reduzir o volume de combustível necessário em missões espaciais, liberando espaço para cargas científicas.
O Contexto da Pesquisa
Embora a busca por combustíveis espaciais mais eficientes seja pauta recorrente desde as primeiras décadas da era espacial, limitava-se, até então, ao aprimoramento de compostos já conhecidos, como o alumínio. Segundo os pesquisadores, as atenções se voltaram para compostos à base de boro devido ao seu potencial energético e propriedades físicas promissoras.
“Diborides first started getting attention in the 1960s. Since these initial looks, new technologies are allowing us to actually synthesize chemical compounds that were once only hypothesized to exist.”
— Joseph Doane, Doutorando, Universidade de Albany
Diversos laboratórios tentaram, desde a década de 1960, sintetizar o diboreto de manganês, encontrado apenas em teorias até recentemente, devido à sua suposta instabilidade estrutural.
Resultados e Metodologia
A equipe utilizou um arc-melter — equipamento que direciona correntes elétricas intensas — para combinar pós de manganês e boro, atingindo temperaturas superiores a 3.000°C e obtendo finalmente o MnB₂ puro. Modelos computacionais construídos em colaboração com o químico teórico Alan Chen confirmaram a presença de uma leve “deformação” atômica na estrutura, responsável pela alta densidade energética do material.
O novo composto mostrou-se mais de 20% mais energético por peso e cerca de 150% mais energético por volume em relação ao alumínio atualmente empregado em propulsão sólida. Além disso, revelou-se seguro, só entrando em combustão quando exposto a um agente de ignição como querosene.
“Our model of the manganese diboride compound looks like a cross section of an ice cream sandwich, where the outer cookies are made of a lattice structure comprised of interlocking hexagons. When you look closely, you can see that the hexagons aren’t perfectly symmetrical; they’re all a little skewed. This is what we call ‘deformation.’ By measuring the degree of deformation, we can use that measure as a proxy to determine the amount of energy stored in the material. That skew is where the energy is stored.”
(“Nosso modelo do composto de diboreto de manganês se assemelha ao corte transversal de um sanduíche de sorvete, cujas laterais são formadas por hexágonos interligados. Analisando de perto, nota-se que os hexágonos não são perfeitamente simétricos, mas levemente inclinados, o que chamamos de ‘deformação’. Ao medir o grau de deformação, é possível determinar indiretamente a quantidade de energia armazenada no material. Essa inclinação é onde a energia fica armazenada.”)— Gregory John, Doutorando, Universidade de Albany
Implicações e Próximos Passos
Este avanço pode redefinir o projeto de foguetes ao reduzir o espaço dedicado ao combustível e ampliar o carregamento de instrumentos científicos ou amostras, sobretudo em missões de retorno. Potencialidades paralelas do diboreto de manganês incluem seu uso futuro em catalisadores automotivos mais resistentes e processos de reciclagem de plásticos.
“There’s this consensus among chemists that boron-based compounds should have unusual properties that make them behave unlike any other existing compounds. There’s an ongoing quest to figure out what those properties and behaviors are. This sort of pursuit is at the heart of materials chemistry, where creating harder, stronger more extreme materials requires forging brand-new chemicals. This is what the Yeung lab is doing — with findings that could improve rocket fuel, catalytic converters and even processes for recycling plastics.”
— Alan Chen, Professor Associado de Química, Universidade de Albany
No horizonte, os pesquisadores preveem novas investigações sobre a adequação do MnB₂ a diferentes tipos de propulsão, além de exploração de suas variantes para aplicações industriais inovadoras. Tais avanços podem levar a uma nova geração de combustíveis e materiais com desempenho extremo.
Fonte: (ScienceDaily – Ciência)
