Forscher der University at Albany haben einen neuartigen Hochenergie-Treibstoff hergestellt, der die Raumfahrt effizienter und kostengünstiger machen könnte. Er soll in Feststoff-Boostern zum Einsatz kommen.
Viel besser als Aluminium
Der Stoff setzt beim Zünden deutlich mehr Energie frei als bisher verwendete Treibstoffe – sowohl bezogen auf Gewicht als auch auf Volumen. Für Raketen bedeutet das: weniger Treibstoff für denselben Schub, mehr Platz für Instrumente oder Fracht. Die Ergebnisse wurden im Journal of the American Chemical Society veröffentlicht.
„In Raumfahrzeugen zählt jeder Zentimeter“, erklärt Chemie-Professor Michael Yeung, dessen Labor die Forschung leitete. „Wenn wir weniger Platz für Treibstoff einplanen müssen, bleibt mehr Raum für wissenschaftliche Geräte oder für Proben, die von einer Mission zurückgebracht werden.“
Die Entwickler zum neuen Hochenergie-Treibstoff für Raketen
Der neue Stoff, Mangan-Diborid (MnB₂), ist rund 20 Prozent energiereicher pro Gewichtseinheit und sogar 150 Prozent energiereicher pro Volumeneinheit als Aluminium, das bisher in Feststoffraketen eingesetzt wird. Trotz seines hohen Energiegehalts gilt er als sicher: Eine Verbrennung erfolgt nur, wenn ein Zündmittel wie Kerosin hinzukommt.
Die Herstellung des Materials erfordert extreme Bedingungen. Mit einem Lichtbogenofen werden Mangan- und Bor-Pulver bei Temperaturen von über 3.000 Grad Celsius verschmolzen und anschließend rasch abgekühlt. Auf atomarer Ebene zwingt dieser Prozess die Mangan-Atome in eine überladene Struktur, die wie eine gespannte Feder Energie speichert.
Schon lange im Blick
Besonders ist dabei eine leichte Verzerrung innerhalb des Kristallgitters, die das Material so energiereich macht. Computermodelle aus Yeungs Arbeitsgruppe zeigen, dass die hexagonalen Bausteine nicht vollkommen symmetrisch sind – ähnlich wie bei einer gespannten Trampolinfläche, die Energie aufnimmt, bis die Spannung gelöst wird.
Der Erfolg ist auch deshalb bedeutsam, weil Diboride seit den 1960er Jahren im Blickfeld der Forschung stehen, aber lange Zeit nicht in reiner Form hergestellt werden konnten. Erst moderne Verfahren erlauben nun eine gezielte Synthese. Neben dem Einsatz in Raketentreibstoffen könnte Mangan-Diborid künftig auch für robustere Autokatalysatoren oder zur Zersetzung von Kunststoffen genutzt werden.
Zusammenfassung
- Mangan-Diborid als neuartiger Hochenergie-Treibstoff für Raumfahrt entwickelt
- Material ist bis zu 150 Prozent energiereicher als herkömmliches Aluminium
- Die Herstellung erfordert Temperaturen über 3.000 Grad Celsius im Lichtbogenofen
- Verzerrte Kristallgitterstruktur speichert Energie wie gespannte Feder
- Effizienter Treibstoff ermöglicht mehr Platz für Instrumente und Fracht
- Auch für Autokatalysatoren und Kunststoffzersetzung potenziell einsetzbar
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