В дополнение к сокращению выбросов, это химическое вещество также имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами ракетного топлива: более высокая энергия, более низкие затраты и отсутствие необходимости в замороженном хранении.

Химическое вещество, боран аммиака, в настоящее время используется для хранения водорода в топливных элементах, которые питают электромобили. Исследователи из Калифорнийского университета теперь понимают, как эта комбинация бора и водорода может выделять достаточно энергии для запуска ракет и спутников.

"Мы первыми продемонстрировали, что в дополнение к электромобилям боран аммиака может быть использован и для запуска ракет при правильных условиях", - сказал Притвиш Бисвас, инженер-химик Калифорнийского университета и первый автор нового исследования. Их демонстрация теперь опубликована в Журнал физической химии C.

Наиболее часто используемые ракетные топлива основаны на углеводородах и, как известно, оказывают различное негативное воздействие на окружающую среду. Они могут десятилетиями отравлять почву, вызывать рак и вызывать кислотные дожди, озоновые дыры и парниковые газы, такие как углекислый газ.

Напротив, после сжигания боран аммиака выделяет безвредные соединения оксид бора и воду. "Это гораздо менее вредно для окружающей среды", - сказал Бисвас.

По сравнению с углеводородным топливом, боран аммиака также выделяет больше энергии, что потенциально приводит к экономии затрат, поскольку для обеспечения того же полета требуется меньше энергии.

Чтобы высвободить энергию из топлива и обеспечить сгорание, добавляются катализаторы и окислители для подачи дополнительного кислорода в топливо. Для этой цели в топливных элементах часто используются катализаторы. Они повышают скорость горения, но при этом остаются в одной и той же форме как до, так и после реакции.

"Космическим аппаратам требуется большое количество энергии за короткий промежуток времени, поэтому использование катализатора не идеально, потому что он не дает необходимой вам энергии. Это как мертвая масса в вашем бензобаке", - сказал Панкадж Гильдиял, аспирант химического факультета Мэрилендского университета и соавтор исследования, в настоящее время работающий в UCR.

Химический состав, присущий разложению борана аммиака, препятствует выделению его полной энергии при реакции с большинством окислителей. Однако исследователи нашли окислитель, который изменяет механизмы разложения и окисления этого топлива, что приводит к извлечению его общего энергетического содержания.

"Это аналогично использованию каталитических нейтрализаторов для обеспечения полного сгорания углеводородного топлива", - сказал Гильдиял. "Здесь мы смогли обеспечить более полное сгорание химических веществ и увеличить энергию всей реакции, используя химический состав самого окислителя, не нуждаясь в катализаторе".

В дополнение к образованию нежелательных побочных продуктов, некоторые виды ракетного топлива также требуют хранения при температурах ниже нуля. "НАСА использовало жидкий водород, который имеет очень низкую плотность", - сказал Гильдиял. "Поэтому для обслуживания требуется много места, а также криогенные условия".

Напротив, это топливо стабильно при комнатной температуре и устойчиво к высокой температуре. В этом исследовании исследователи создали очень мелкие наноразмерные частицы борана аммония, которые могут разлагаться в течение месяца в очень влажной среде.

Исследовательская группа в настоящее время изучает, как частицы борана аммония различных размеров стареют в различных средах. Они также разрабатывают методы инкапсуляции частиц топлива в защитное покрытие, чтобы повысить их стабильность во влажных условиях.

Это исследование проводилось под руководством Майкла Р. Захарии, профессора химической инженерии Калифорнийского университета, и финансировалось программой университетских исследовательских альянсов Агентства по уменьшению угрозы обороны США, а также Управлением военно-морских исследований. Агентства выделили средства, чтобы помочь производить более чистое и эффективное топливо для полетов.

Расчеты квантовой химии, необходимые для поддержки экспериментальных наблюдений в этом исследовании, были выполнены в сотрудничестве с материаловедами Калифорнийского университета Хена Квон и Брайаном М. Вонгом.

"Мы определили фундаментальный химический состав, который обеспечивает эту комбинацию топлива и окислителя", - сказал Бисвас. "Теперь мы с нетерпением ждем возможности увидеть, как это работает в больших масштабах".