Simon Reed, PhD in Engineering presso l’Università di Canterbury a Christchurch, in Nuova Zelanda, sta attualmente lavorando a un dispositivo catalizzatore a base di ceramica stampato in 3D in grado di convertire il perossido di idrogeno concentrato, (ovvero l’acqua ossigenata), viene convertito in modo efficiente in carburante per razzi non tossico e dovrebbe essere utilizzato in veicoli di lancio a spinta medio-bassa.
Ora sta lavorando al test con la società di lancio locale Dawn Aerospace .
La ricerca di propellenti più sicuri
L’idrazina è stata sviluppata per la prima volta alla fine del 19° secolo ed è ancora oggi un propellente per razzi comunemente usato nel settore aerospaziale. Tuttavia, mentre la sostanza rimane un mezzo efficiente per alimentare i razzi necessari per mettere in orbita i satelliti, è anche instabile quando è secca ed è così tossica per l’uomo che ora è sospettata di essere cancerogena.
Secondo Reid, è necessaria una cura speciale quando si maneggia l’idrazina, compresi i necessari dispositivi di sicurezza e protocolli durante l’uso, il che lo rende anche più costoso da usare, richiedendo così un carburante di propulsione più sicuro ed economico da sostituire. È interessante notare che l’alternativa scelta dall’ingegnere era il perossido di idrogeno, un prodotto spesso utilizzato per schiarire i capelli o pulire le ferite e causare solo una lieve irritazione al contatto.
L’applicazione dell’acqua ossigenata per uso domestico su un propellente richiede un catalizzatore, solitamente fatto di metalli preziosi, che può scomporlo in un gas, ha detto Reid. Nella ricerca di follow-up, ha stampato in 3D un dispositivo in ceramica rivestito con un catalizzatore che induce efficacemente cambiamenti chimici quando il perossido di idrogeno lo attraversa. Si ipotizza che la scelta di utilizzare la ceramica come letto catalizzatore potrebbe essere dovuta al suo costo molto inferiore rispetto all’argento o al platino.
“Quando il perossido di idrogeno liquido passa attraverso il letto del catalizzatore, accelera la reazione di decomposizione”, spiega Reid. “Questa reazione dissocia la molecola, trasformandola in acqua e ossigeno. È la scomposizione di quella molecola che genera molta energia e calore. Il calore vaporizza l’acqua e crea un gas caldo che, attraverso un ugello, fornisce la spinta. “
Usare l’acqua ossigenata come carburante per razzi
Ora, in tre anni e mezzo di dottorato di ricerca, Reed sta cercando di perfezionare il design del suo letto catalizzatore di conversione dell’acqua ossigenata stampato in 3D. In particolare, l’obiettivo dell’ingegnere era massimizzare la spinta prodotta dal perossido di idrogeno limitando la perdita di catalizzatore dal letto e rendere tutte le parti della sua attrezzatura il più leggere e commercialmente competitive possibile.
Per raggiungere questo obiettivo, Reid ha iniziato a lavorare con la Callaghan Innovation Facility della Nuova Zelanda, sostenuta dallo stato, per stampare in 3D il dispositivo in geometrie con altri materiali catalitici con proprietà migliorate, con conseguente miglioramento delle prestazioni del propulsore.
Un approccio che il dottorando ha trovato particolarmente promettente per l’ottimizzazione delle conversioni catalitiche è stato la stampa 3D del suo letto catalitico a forma di piano, cosa non possibile con i metodi di produzione convenzionali. In tal modo, Reid crede che il suo ultimo progetto sarà un aggiornamento rispetto al suo predecessore, in quanto ridurrà al minimo le perdite di catalizzatore, eviterà enormi cadute di pressione e equilibrerà meglio la spinta con la concentrazione di carburante.
Andando avanti, lo studente laureato intende ora testare l’efficacia del suo letto catalitico migliorato e confrontare i risultati con i progetti precedenti. Piuttosto, intende anche lavorare ulteriormente con la collaboratrice del progetto Dawn Aerospace, che usa il perossido di idrogeno come carburante per le sue navette spaziali riutilizzabili, e cercare di trovare un catalizzatore che possa essere riciclato in modo più efficiente.
Reid conclude: “In effetti, già negli anni ’60, alcune compagnie aeree tentarono di utilizzare il perossido di idrogeno come propellente, ma non era possibile a causa del rudimentale dispositivo catalizzatore dell’epoca. Oggi solo poche aziende stanno seriamente considerando l’uso di perossido di idrogeno. Come carburante per missili, spero che possiamo progettare un catalizzatore più efficiente in grado di sostituire l’idrazina con il perossido di idrogeno e contribuire a migliorare il fattore di sicurezza dell’industria aerospaziale”.
