Diboreto de manganês
Químicos criaram um novo composto de alta energia ideal para funcionar como combustível de foguetes, uma área carente de inovações que possam tornar os voos espaciais mais eficientes e mais baratos.
O composto, o diboreto de manganês (MnB2), é mais de 20% mais energético em peso e cerca de 150% mais energético em volume do que o alumínio atualmente usado em propulsores sólidos de foguetes. E, apesar de ser altamente energético, ele também é muito seguro, só entrando em combustão sob contato com um agente de ignição, como o querosene.
Ao sofrer ignição, o composto libera mais energia em relação ao seu peso e volume do que qualquer combustível atual. Em um foguete, isso significará menos combustível necessário para a mesma duração de voo ou mesma carga útil, ou mais espaço e capacidade de carga para o mesmo tamanho de foguete.
O diboreto de manganês apresentou um calor gravimétrico de combustão de 39,26 kJ/g e um calor volumétrico de combustão de 208,08 kJ/cm3, o maior de qualquer combustível conhecido. Em comparação com os foguetes auxiliares do foguete SLS, da NASA, que deverão usar alumínio, o MnB2 representa um aumento de 26% no calor gravimétrico de combustão e um aumento de 148% no calor volumétrico de combustão.
“Criar um combustível mais eficiente usando nosso novo composto significará menos espaço para armazenamento de combustível, liberando espaço para equipamentos, incluindo instrumentos usados em pesquisas. Na viagem de volta, isso poderá significar mais espaço disponível para trazer amostras para casa,” disse o professor Michael Yeung, da Universidade do Estado de Nova Iorque em Albânia (EUA).
Processo de fabricação
O diboreto de manganês pertence a uma classe de compostos químicos que se acredita terem propriedades incomuns, mas explorar exatamente o que essas propriedades envolvem tem sido limitado pela dificuldade em sintetizar o composto.
A síntese do MnB2 requer calor extremo, que a equipe gerou por meio de uma técnica chamada fusão a arco. A primeira etapa envolveu a prensagem do manganês e do boro na forma de pós. A prensagem criou uma pastilha, que foi colocada em uma pequena câmara de vidro reforçado. A fusão a arco aplicou um jato de plasma à pastilha, aquecendo-a a 3.000 °C. O material fundido foi então resfriado rapidamente, para consolidar a estrutura cristalina.
“O sucesso em conseguir a síntese do diboreto de manganês puro é uma conquista empolgante por si só. E agora podemos testá-lo experimentalmente e descobrir novas maneiras de utilizá-lo,” disse Joseph Doane, responsável pelo desenvolvimento do processo de síntese.
A estrutura à base de boro é muito versátil. Além de combustível para foguetes, a equipe já demonstrou seu potencial para a fabricação de conversores catalíticos mais duráveis para carros e como um catalisador para quebrar a estrutura polimérica de plásticos.
Bibliografia:
Artigo: Violations of Coordination: Exploring Metastable Diborides via Energetic Transition Metals
Autores: Joseph T. Doane, Gregory M. John, Alma Kolakji, Abraham A. Rosenberg, Yiren Zhang, Alan A. Chen, Michael T. Yeung
Revista: Journal of the American Chemical Society
Vol.: 147, 19, 16578-16584
DOI: 10.1021/jacs.5c04066