La impresión 3D ayuda a convertir la ‘lejía’ en combustible para cohetes no tóxico

Un estudiante de ingeniería de la Universidad de Canterbury está utilizando la impresión 3D para beneficiar a convertir el hidrógeno peróxido en un combustible para cohetes no tóxico para el creciente mercado aeroespacial.
Simon Reid lleva dos años en un doctorado de tres años y medio y completó una licenciatura en Ingeniería Química y de Procesos en 2019 en la Universidad de Canterbury.
Su interés está en la intersección de la impresión 3D y la industria aeroespacial, y actualmente está trabajando en un lecho de catalizador impreso en 3D que permitirá un uso más eficiente del peróxido de hidrógeno concentrado (un agente blanqueador) como propulsor para cohetes que requieren un “empuje” bajo o medio.
El peróxido de hidrógeno es una alternativa mucho menos tóxica que la hidracina, un propulsor aeroespacial comúnmente utilizado para aplicaciones de bajo a medio empuje.
La hidracina es un presunto carcinógeno y requiere equipos y protocolos de seguridad adicionales cuando se utiliza, lo que eleva el coste del uso del combustible.
Por otro lado, el peróxido de hidrógeno no es tóxico para los seres humanos y tiene usos domésticos comunes como el blanqueo del cabello o la limpieza de heridas.
Sin embargo, para generar el empuje del peróxido de hidrógeno se necesita un catalizador. A menudo un metal precioso, como la plata o el platino, el catalizador descompone rápidamente el peróxido de hidrógeno en un gas energético.
En el diseño impreso en 3D de Simon, la superficie del lecho catalizador de cerámica está recubierta con el catalizador para que el peróxido de hidrógeno lo atraviese.
“Al pasar el peróxido de hidrógeno líquido sobre un lecho de catalizador se acelera la reacción de descomposición. La reacción disocia la molécula, convirtiéndola en agua y oxígeno. Es la ruptura de la molécula la que produce una gran cantidad de energía y calor. El calor vaporiza el agua y da lugar a un gas a alta temperatura: el paso del gas caliente por una tobera proporciona empuje”, explica Simon.
El objetivo de su investigación es perfeccionar el diseño del lecho catalizador para maximizar la generación de empuje a partir del peróxido de hidrógeno, limitando al mismo tiempo la pérdida de catalizador del lecho y manteniendo los componentes ligeros.
En colaboración con Callaghan Innovation, Simon está utilizando la impresión en 3D para generar nuevas estructuras catalíticas que tengan mejores propiedades: una menor caída de presión y el uso de diferentes materiales catalíticos para mejorar el rendimiento de los propulsores.
“La forma que estoy utilizando se llama giroide. Es una forma matemática, más óptima para los procesos catalíticos, y no se puede fabricar con las técnicas tradicionales”.
Las tres cosas que Simon intenta superar utilizando el giroide en el lecho catalítico son la pérdida de catalizador, una gran caída de presión y la maximización del empuje en equilibrio con la concentración de peróxido de hidrógeno: algunos catalizadores tienen un punto de fusión bajo en relación con la temperatura de los gases que salen.
“Dawn Aerospace, que es un colaborador local en el proyecto, utiliza actualmente peróxido de hidrógeno como propulsor para su avión espacial reutilizable que pondrá satélites en órbita. El catalizador que utilizan es bastante rudimentario y existe desde los años 60, eso es lo que la investigación trata de mejorar”, dice Simon.
Simon empezará pronto a probar la efectividad del lecho catalizador recién diseñado, comparando los resultados con los diseños existentes.
“Sólo unas pocas empresas están considerando seriamente el peróxido de hidrógeno. Esperemos que al diseñar estos catalizadores eficientes podamos promoverlo como una alternativa viable a la hidracina, y ayudar a que la industria aeroespacial sea un poco más segura”.
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Laura Andrade
Laura Andrade es una periodista freelance especializada en la investigación de la electrónica de consumo, especialmente de smartphones, tabletas y ordenadores. Actualmente participa en varios proyectos en los que se ha encargado de escribir sobre lanzamientos de nuevos productos digitales, aplicaciones, sitios y servicios para publicaciones impresas o en línea. Está constantemente estudiando las últimas tecnologías para estar siempre al día.