Um estudante de engenharia da Universidade de Canterbury está usando a impressão 3D para ajudar a transformar o peróxido de hidrogênio em um combustível de foguete não tóxico para o crescente mercado aeroespacial.
Simon Reid está há dois anos em um Ph.D. de três anos e meio. e concluiu um Bacharelado em Engenharia Química e Engenharia de Processos em 2019 na Universidade de Canterbury.
Seu interesse está na interseção de impressão 3D e aeroespacial, e ele está atualmente trabalhando em um leito de catalisador impresso em 3D que permitirá o uso mais eficiente de peróxido de hidrogênio concentrado (um agente de branqueamento) como propulsor para foguetes que exigem empuxo baixo a médio.
O peróxido de hidrogênio é uma alternativa muito menos tóxica à hidrazina, um propulsor aeroespacial comumente usado para aplicações de baixo a médio impulso.
A hidrazina é um cancerígeno suspeito e requer equipamentos e protocolos de segurança adicionais quando em uso, o que aumenta o custo do uso do combustível.
Alternativamente, o peróxido de hidrogênio é amplamente não tóxico para os seres humanos e tem usos domésticos comuns, como branquear o cabelo ou limpar feridas.
No entanto, para gerar impulso a partir de peróxido de hidrogênio, é necessário um catalisador. Muitas vezes um metal precioso, como prata ou platina, o catalisador decompõe rapidamente o peróxido de hidrogênio em um gás energético.
No design impresso em 3D de Simon, a superfície do leito de catalisador cerâmico é revestida com o catalisador para que o peróxido de hidrogênio passe.
“Ao passar o peróxido de hidrogênio líquido sobre um leito de catalisador, acelera a reação de decomposição. A reação dissocia a molécula, transformando-a em água e oxigênio. É a quebra da molécula que produz uma grande quantidade de energia e calor. O calor vaporiza a água e resulta em um gás de alta temperatura – passar o gás quente através de um bocal fornece impulso”, explica Simon.
O objetivo de sua pesquisa é refinar o projeto do leito de catalisador para maximizar a geração de impulso do peróxido de hidrogênio, limitando a perda de catalisador do leito e mantendo os componentes leves.
Trabalhando com a Callaghan Innovation, Simon está usando a impressão 3D para gerar novas estruturas catalíticas que têm melhores propriedades – menor queda de pressão e uso de diferentes materiais catalíticos para melhorar o desempenho dos propulsores.
“A forma que estou usando é chamada de giroide. É uma forma matemática, mais ideal para processos catalíticos, e não pode ser fabricada usando técnicas tradicionais.”
As três coisas que Simon está tentando superar usando o giroide no leito do catalisador são a perda de catalisador, uma grande queda de pressão e a maximização do empuxo equilibrado contra a concentração de peróxido de hidrogênio – alguns catalisadores têm um baixo ponto de fusão em relação à temperatura dos gases saindo.
“A Dawn Aerospace, colaboradora local do projeto, atualmente usa peróxido de hidrogênio como propulsor para seu avião espacial reutilizável que colocará satélites em órbita. O catalisador que eles usam é bastante rudimentar e existe desde a década de 1960, é isso que a pesquisa está tentando melhorar”, diz Simon.
Simon começará a testar a eficiência do leito de catalisador recém-projetado em breve, comparando os resultados com os projetos existentes.
“Apenas algumas empresas estão considerando seriamente o peróxido de hidrogênio. Esperamos que, ao projetar esses catalisadores eficientes, possamos promovê-lo como uma alternativa viável à hidrazina e ajudar a tornar a indústria aeroespacial um pouco mais segura”.
Publicado em 20/02/2022 12h29
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