ERŐ OXIGÉNTŐL

SZÖVEG KALTWASSER BERND

Kozmetikumok, tisztítószerek, mikroelektronika - a hidrogén-peroxid két évszázad óta táplálja az innovatív kémiai alkalmazásokat. A rakéták kiegészítő üzemanyagaként a hidrogén és az oxigén kombinációja most is jelentősen hozzájárul a környezetbarátabb űrutazásokhoz.

SZÖVEG KALTWASSER BERND

Három órája napnyugta volt, most a dzsungel mély sötétségbe borult. Az éjszaka egy szögesdrót-kerítésnél ér véget, amely a trópusi tájon húzódik. Mögötte: több mint 46 méter magas űrrakéta, amelyet reflektorok vakító fénybe burkoltak. A hangszórón hallható a Directeur des Opérations hangja, amely franciául hirdeti a közelgő kezdetet: "À tous de DDO: Attention pour moins d’une minute".

Kourou űrkikötő, Francia Guyana, 2018. november 6., helyi idő szerint 21.46. Az utolsó pillanatban fut, mielőtt elindulna egy Szojuz rakéta, amellyel a „Metop-C” időjárási műholdat elküldik az űrbe. A fedélzeten: az Evonik hidrogén-peroxidja (H₂O₂). A látvány az Arianespace űrcég videofelvételén látható. 20 másodperccel a felszállás előtt: Villanófény gyújtja fel azokat az erőteljes motorokat, amelyek állítólag az égbe emelik a több mint 300 tonnás szörnyeteget. Dübörgő és sziszegő. A teljesítmény lépésről lépésre növekszik, végül az emlékeztető és a fő motor másodpercenként több mint 450 kilogramm petróleumot és 1100 kilogramm folyékony oxigént éget el. Az irányítóközpont ismét beszámol: "Figyelem a le décompte finalra." Az utolsó másodpercek futnak. "... trois, deux, unité." Az egész indítóplatformot narancssárga fény borítja. - Felső, dekoltázs ... A rakéta fenségesen az ég felé tolódik. Ívet repít, egyre magasabbra mászik. Körülbelül egy órával a kezdés után az Eumetsat európai időjárási műholdas szervezet szóvivője bejelentette, hogy az első jelek a "Metop-C" felől érkeztek: a küldetés sikeres volt.

Hidrogén-peroxid:
Sokoldalú csatlakozás

Hidrogén-peroxid (H₂O₂) tiszta, színtelen folyékony vegyület, amely oxigénből és hidrogénből áll. 1818-ban fedezte fel Louis Jacques Thénard, mint ez Bárium-peroxid Val vel salétromsav hadd reagáljon. Azóta a hidrogén-peroxid erőteljesen szolgál Oxidálószer. Fehérítőszerek, például papír, textíliák vagy haj gyártásához használják. Fertőtlenítő és tisztítószerként használják a háztartásban is. A hidrogén-peroxid vízre és oxigénre bomlik.

Louis Jacques Thénard: Francia vegyész, 1777-1857
Bárium-peroxid (BaO₂): a bárium és az oxigén kémiai kombinációja
Salétromsav (HNO₃): Oxigénsav nitrogén
Oxidálószer: Elem vagy vegyület, amely más anyagokat oxidál az elektronok befogadásával

Az Evonik kulcsszerepet játszott ebben: „Ma már minden szojuz rakétának fedélzetén körülbelül tíz tonna nagy tisztaságú, nagy koncentrációjú H₂O van. Ez olyan turbószivattyúkat hajt, amelyek a tényleges üzemanyagot nagy nyomáson az égéstérbe nyomják ”- számol be dr. Stefan Leininger, aki az Evonik erőforrás-hatékonysági szegmensében a H applicationsO₂-val folytatott üzleti tevékenységért felel. Tíz tonna, ez még mindig kezelhető mennyiség. A világ egyik vezető gyártójaként az Evonik hat kontinens 13 helyszínén évente több mint 950 000 tonna hidrogén-peroxidot képes előállítani.

A hidrogén és az oxigén folyékony kombinációja két évszázad óta ismert (lásd a krónikát), de ma is új piacokat hódít. A H₂O₂-t és más peroxidokat ma olyan változatos területeken használják, mint a félvezetőipar, a papírgyártás vagy az élelmiszer-technológia. "Ez nem utolsósorban az anyag jó környezeti kompatibilitásának és hatékonyságának köszönhető" - mondja Leininger.

"Az a tény, hogy a H₂O₂ folyamatosan új piacokat hódít, annak jó környezeti kompatibilitásának és hatékonyságának köszönhető."

Ezek a szempontok az űrutazás során is egyre fontosabbá válnak. A piac felfordulásban van: az olyan magánszolgáltatók, mint a Tesla feltalálója, Elon Musk által vezetett SpaceX, valamint a versenytársak, a Blue Origin, a OneWeb és a Jeff Bezos, az Amazon főnöke által alapított Rocketlab nyomulnak előre. 114 rakéta szállt fel 2018-ban - egy év alatt minden eddiginél többet. Ugyanakkor a rakéták által az űrbe szállított műholdak átlagos mérete csökken. Az úgynevezett nanosatelliteket (legfeljebb tíz kilogramm tömegig) és a mikroszatelliteket (legfeljebb 100 kilogramm tömegig) használják egyre gyakrabban. A Spaceworks Inc. tanácsadó cég előrejelzése szerint az elkövetkező öt évben akár 2600 kisméretű mesterséges műhold is elindulhat.

"Az egész piac éppen a következő evolúciós lépésen megy keresztül" - mondja Leininger. "Könnyű kezelhetősége miatt a H₂O₂ fontos szerepet játszik üzemanyagként." Eddig például a hidrazin vagy származékai vállalták ezt a feladatot. A hidrazin gyanúja azonban rákkeltés, ezért az EU-ban a jövőben tilos lehet a használata. A H₂O₂ tiszta alternatíva lenne: amikor megfelelő katalizátorral érintkezik, a rakéta üzemanyaga lebomlik, vízgőzzé és oxigénné alakulva, sok hőt termelve.

ZÖLD ROCKETRY

A H₂O₂ globális trendeket táplál: a "Green Rocketry" jelszó alatt számos játékos megpróbálja fenntarthatóbbá és környezetbarátabbá tenni az űrutazást. A gazdasági szempontok mellett ez a Future Launchers előkészítő program (FLPP) célja is, amelynek során az ESA Európai Űrügynökség a rakéták következő, de egy generációjának technológiáit kutatja. "A környezetbarát üzemanyagok fontosak számunkra" - mondja Jan Wörner, az Európai Űrügynökség főigazgatója (lásd interjú). Az űrügynökség hosszú évek óta támogatja a fenntartható fejlődést a földön, és a jövőben is ezt fogja tenni.

A „Hyprogeo” projekt, amelyet az Európai Bizottság finanszírozott a „Horizont 2020” kutatási keretprogram részeként (finanszírozási kód: 634534 HYPROGEO), lehetővé teszi az ebben az irányban tett lépést. A cél egy olyan hibrid rakétamotor megépítése volt, amely elégeti a szilárd hajtóanyag polietilént és hidrogén-peroxidot használ oxidálószerként. „Projektfeladatként az volt a feladatunk, hogy a lehető legmagasabb koncentrációjú H₂O₂-ot hozzuk létre” - magyarázza Leininger. Az Evonik kifejezetten erre a célra fejlesztett ki egy eljárást, amely az anyagot akár 98 százalékos koncentrációban biztosítja - ez az ipari termelés legfelsőbb értéke. "Míg a tényleges H2O₂ gyártási folyamat 40-50% -os oldatot állít elő, a kívánt végső koncentrációt későbbi desztillációval és kristályosítással érik el" - magyarázza Leininger.

Használat talajjavításban és szennyvízkezelésben

A hidrogén-peroxid innovatív erejét fejleszti olyan környezeti alkalmazásokban is, mint a talajjavítás vagy a szennyvízkezelés. Az Egyesült Államokban a szennyvíztisztító telepek gyakran klóroztak tisztított szennyvizet, mielőtt visszavezetnék őket a folyókba vagy tavakba. Az EPA (Környezetvédelmi Ügynökség) évek óta népszerűsíti az alternatív módszerek alkalmazását. Ez magában foglalja a szennyvíz H2O₂-val vagy perecetsavval (PAA) történő kezelését. Környezetbarát megoldás, mert a két peroxid alkalmazásakor az egyetlen melléktermék a víz és a biológiailag lebontható ecetsav.

Erős oxidálószerként a peroxidok a szennyvízben jelenlévő csírákkal küzdenek. A vírusokat, baktériumokat és más mikrobákat nem specifikus hatásmechanizmusok elpusztítják. "A peroxidok behatolnak a mikroorganizmusok sejtburokjába, és megváltoztatják úgy, hogy elveszítse gátló funkcióját" - mondja Leininger, az Evonik szakértője. Ezenkívül a sejt belsejében lévő enzimek oxidálódnak, és így visszafordíthatatlanul károsodnak. Mindkettő a sejtanyagcsere összeomlását okozza. Különösen a PAA bizonyult hatékony fertőtlenítőnek. Még a megfelelő H202-dózis századának is hasonló hatása van. "A molekula acetilrészének lipofil tulajdonságai miatt a PAA különösen könnyen behatolhat a sejtmembránba" - magyarázza Leininger. Ezenkívül a PAA - ellentétben a H2O2-val - nem bontható le egy speciális enzimmel, a mikrobiális katalázzal. A PAA-val szembeni rezisztencia mechanizmusai ezért még nem ismertek.

Olyan zöld a H₂O₂-nak köszönhetően

víz, levegő és elektromos felhasználásával

Az USA-ban egyre több önkormányzat értékeli ezeket az előnyöket. Néhány évvel ezelőtt például a 650 000 lakosú Memphis városa meghozta az alapvető döntést, hogy ezentúl a PAA-t szennyvízkezelésre használja. A felelősök megállapodtak az amerikai PeroxyChem céggel egy hosszú távú szállítási szerződésben, feltétel nélküli fizetési kötelezettségek mellett. Ennek eredményeként a peroxidgyártó két évvel ezelőtt új PAA gyárat kezdett tervezni a régióban. 2018. november elején az Evonik bejelentette, hogy átveszi a PeroxyChemet.

A peroxidok, mint például a H2O₂ és a PAA, nemcsak a csíraterhelést csökkentik. Megszüntetik a gyengén lebomló szerves nyomelemeket is, amelyek problémát jelenthetnek a szennyvíz felszíni vizekbe engedésekor. Ezenkívül hidrogén-peroxidot használnak a cianidtartalmú szennyvizek méregtelenítésére, például azokra, amelyek galvanizáló üzemekben, edzőműhelyekben, a kohók felső gázában vagy az aknákban fordulnak elő. A H2O₂ cianidot cianáttá oxidál, amelyet ammóniává és szénsavvá hidrolizálnak. Galvanizáló üzemekben hidrogén-peroxidot használnak a maratás során a salétromsavból keletkező nitrogén-oxidok salétromsavvá történő oxidálására is.

Néhány szennyező anyaggal önmagában a H₂O₂ nem képes semmire. Például a benzolok vagy fenolok szennyvízből való eltávolításakor a vegyészek egy trükköt alkalmaznak: a hidrogén-peroxidot hidroxilgyökökre (• OH) osztják fel kétértékű vasionok (Fe2 +), UV-sugárzás vagy ózon. Ez a gyök az egyik legerősebb oxidálószer, amely szinte minden szerves vegyülettel reagál.

Hidrogén-peroxid:

201 év innováció