ЕЛЕМЕНТИ - енергетски материјал направен од кислород

ТЕКСТ БЕРНД КАЛТВАСЕР

Козметика, чистење, микроелектроника - водород пероксид подгрева иновативни апликации во хемијата веќе два века. Како дополнително гориво за ракетите, комбинацијата на водород и кислород сега исто така дава важен придонес за повеќе еколошки патувања низ вселената.

ТЕКСТ БЕРНД КАЛТВАСЕР

Беше зајдисонце пред три часа, сега џунглата е втурната во длабока темнина. Ноќта завршува на бодликава жица што се протега низ тропскиот предел. Зад него: вселенска ракета висока повеќе од 46 метри, обвиткана во заслепувачка светлина од рефлектори. Гласот на „Директор на деловите“ може да се слушне преку звучникот, најавувајќи го претстојниот почеток на француски јазик: „À tous de DDO: Внимание се истура во минута“.

Вселенски аеродром Куру, Француска Гвајана, 6 ноември 2018 година, 21,46 часот по локално време. Таа работи во последен момент пред да биде лансирана ракетата „Сојуз“, со која временскиот сателит „Метоп-Ц“ треба да биде испратен на своето патување во вселената. На бродот: водород пероксид (H2O₂) од Евоник. Спектаклот може да се види на видео од вселенската компанија Arianespace. 20 секунди пред полетувањето: Блесок на светлина ги пали моќните мотори што би требало да го подигнат чудовиштето, тешко повеќе од 300 тони, во небото. Рикање и подсвиркнување што отекува. Перформансите се зголемуваат чекор по чекор, на крајот засилувачот и главниот мотор согоруваат повеќе од 450 килограми керозин и 1.100 килограми течен кислород секоја секунда. Контролниот центар повторно известува: „Внимание истурете го финалето.“ Последните секунди течат. „... trois, deux, unité.“ Целата платформа за лансирање е обвиткана во портокалов сјај. „Врв, деколаж ...“ Ракетата величествено се турка кон небото. Лета со лак, се искачува сè повисоко. Околу еден час по почетокот, портпарол на европската организација за метеоролошки сателити Еуметсат објави дека се земени првите сигнали од „Метоп-Ц“: мисијата беше успешна.

Хидроген пероксид:
Разновидна врска

Водород пероксид (H2O₂) е чисто, безбојно течно соединение направено од кислород и водород. Откриено е во 1818 година од страна на Луис quesак Тенард, отколку ова Бариум пероксид Со азотна киселина нека реагира. Од тогаш, водород пероксидот служи како моќен Оксидирачки агенс. Се користи во производството на средства за белење, на пример, хартија, текстил или коса. Исто така се користи како средство за дезинфекција и средство за чистење во домаќинството. Водород пероксид се распаѓа во вода и кислород.

Луис quesак Тенард: Француски хемичар, 1777-1857 година
Бариум пероксид (BaO₂): хемиска комбинација на бариум и кислород
Азотна киселина (HNO₃): Кислородна киселина на азот
Оксидирачки агенс: Елемент или соединение кое оксидира други супстанции со прифаќање на електрони

Евоник одигра клучна улога во ова: „Дури и денес, секоја ракета„ Сојуз “има околу десет тони високо-чистота, високо концентриран H₂O₂ на бродот. Ова управува со турбо пумпи кои го притискаат вистинското гориво во комората за согорување при висок притисок “, известува др. Стефан Леинингер, кој е одговорен за деловната активност со H₂O₂ за специјални апликации во сегментот на ефикасност на ресурсите на Евоник. Десет тони, тоа е сепак сума што може да се контролира. Како еден од водечките светски производители, Евоник може да произведува повеќе од 950.000 тони водород пероксид секоја година на 13 локации на шест континенти.

Течната комбинација на водород и кислород е позната веќе два века (види хроника), но и денес продолжува да ги освојува новите пазари. H2O₂ и другите пероксиди сега се користат во области разновидни како индустријата за полупроводници, производство на хартија или технологија на храна. „Ова не е најмалку важно поради добрата еколошка компатибилност на материјалот и неговата ефикасност“, вели Леинингер.

„Фактот дека H₂O₂ постојано освојува нови пазари се должи на неговата добра еколошка компатибилност и ефикасност.“

Овие аспекти стануваат сè поважни во патувањето во вселената. Пазарот е во вознемиреност: приватни провајдери како што е „Спејс Икс“, предводен од пронаоѓачот на „Тесла“, Илон Маск, и конкурентите „Блу Ориџн“, „ОнеВеб“ и „Рокетлаб“, основани од шефот на Амазон, ffеф Безос, напредуваат напред. Во 2018 година полетаа 114 проектили - повеќе од кога било досега за една година. Во исто време, просечната големина на сателитите што ги носат ракетите во вселената се намалува. Таканаречените наносателити (до десет килограми маса) и микросателитите (до 100 килограми маса) се користат почесто и почесто. До 2.600 од малите вештачки сателити може да бидат лансирани во следните пет години, според прогнозата на консултантската фирма Spaceworks Inc. Во исто време, трендот е кон помали ракети.

„Целиот пазар е наскоро да го помине следниот еволутивен чекор“, вели Лејнингер. „Поради неговото лесно ракување, H₂O₂ игра важна улога како гориво.“ Досега, хидразин или неговите деривати ја презедоа оваа задача, на пример. Сепак, хидразин се сомнева дека предизвикува рак, поради што неговата употреба во ЕУ може да биде забранета во иднина. H₂O₂ би била чиста алтернатива: кога ќе дојде во контакт со соодветен катализатор, ракетното гориво се распаѓа и создава водена пареа и кислород, создавајќи многу топлина.

ЗЕЛЕНА РОКЕТРИЈА

H₂O₂ го разгорува глобалниот тренд: под фразата „Зелена ракета“, бројни играчи се обидуваат да го направат патувањето во вселената поодржливо и еколошки. Покрај економските аспекти, ова е цел и на Подготвителната програма за идни лансери (FLPP), во која Европската вселенска агенција ЕСА истражува технологии за следната, но една генерација ракети. „Еколошките горива се важни за нас“, вели Јан Вернер, генерален директор на Европската вселенска агенција (види интервју). Вселенската агенција промовира одржлив развој на земјата многу години и ќе го прави тоа и во иднина.

Проектот „Хипрогео“, кој беше финансиран од Европската комисија како дел од рамковната програма за истражување „Хоризонт 2020“ (код за финансирање: 634534 ХИПРОГЕО), овозможува чекор во оваа насока. Целта беше да се конструира хибриден ракетен мотор што гори солиден погонски полиетилен и користи водород пероксид како оксидирачко средство. „Нашата задача како партнер на проектот беше да произведеме највисока можна концентрација на H2O₂“, објаснува Лејнингер. Евоник разви процес особено за оваа намена што обезбедува супстанција во концентрација до 98 проценти - врвна вредност за индустриското производство. „Додека вистинскиот процес на производство на H₂O₂ произведува раствор од 40 до 50 проценти, посакуваната крајна концентрација се постигнува со последователна дестилација и кристализација“, објаснува Лејнингер.

Употреба во санација на почвата и третман на отпадни води

Водород пероксид, исто така, ја развива својата иновативна сила во еколошките апликации, како што се санација на почвата или третман на отпадни води. Во САД, постројките за третман на отпадни води често ги хлорираат пречистените води пред да ги испуштат назад во реки или езера. Веќе неколку години, ЕПА (Агенција за заштита на животната средина) промовира употреба на алтернативни методи. Ова вклучува третман на канализациона вода со H2O₂ или перацетична киселина (PAA). Еколошки раствор, бидејќи при употреба на двата пероксиди, единствени нуспроизводи се вода и лесно биоразградлива оцетна киселина.

Како силен оксидирачки агенс, пероксидите се борат против микробите присутни во отпадните води. Вирусите, бактериите и другите микроби се убиваат со неспецифични механизми на дејствување. „Пероксидите продираат во обвивката на клетките на микроорганизмите и ја менуваат така што ја губи својата функција на бариера“, вели експертот за Евоник, Лејнингер. Покрај тоа, ензимите во внатрешноста на клетката се оксидираат и со тоа неповратно се оштетуваат. Двете предизвикуваат колапс на клеточниот метаболизам. Особено ПАА се покажа како потентно средство за дезинфекција. Само една стотинка од соодветната доза на H2O2 има споредлив ефект. „Поради липофилните својства на ацетилниот дел од молекулата, PAA може особено лесно да навлезе во клеточната мембрана“, објаснува Лејнингер. Покрај тоа, PAA - за разлика од H₂O₂ - не може да се распадне со посебен ензим, микробна каталаза. Оттука, механизмите за отпор против ПАА сè уште не се познати.

Толку е зелено благодарение на H₂O₂

користење вода, воздух и електрична енергија

Се повеќе општини во САД ги ценат овие предности. Пред неколку години, на пример, градот Мемфис со 650 000 жители донесе основна одлука да се користи ПАА за третман на отпадни води од сега па натаму. Одговорните се договорија со американската компанија Перокси Чем за долгорочен договор за снабдување со безусловни обврски за плаќање. Како резултат, производителот на пероксид започна да планира нова фабрика за PAA во регионот пред две години. На почетокот на ноември 2018 година, Евоник објави дека ќе го преземе Перокси Чем.

Пероксидите како што се H2O₂ и PAA не само што го намалуваат оптоварувањето на микробите. Тие исто така ги елиминираат слабо разградливите органски материи во трагови што може да бидат проблем при испуштање на отпадни води во површински води. Покрај тоа, водород пероксид се користи за детоксикација на отпадни води што содржат цијанид, како што се оние што се појавуваат во постројки за поплавување, продавници за стврднување, во горниот гас на високите печки или во рудниците. H2O2 оксидира цијанид во цијанат, кој е хидролизиран во амонијак и јаглеродна киселина. Во постројките за галванизација, водород пероксид се користи и за повторно оксидирање на азотни оксиди кои произлегуваат од азотна киселина во процесот на гравирање до азотна киселина.

Со некои загадувачи, само H₂O₂ не може да стори ништо. На пример, кога станува збор за отстранување на бензени или феноли од отпадните води, хемичарите прибегнуваат кон трик: водород пероксид се дели на хидроксилни радикали (• OH) или со двовалентни јони на железо (Fe² +), УВ зрачење или озон. Овој радикал е еден од најсилните оксидирачки агенси околу и реагира со скоро сите органски соединенија.

Хидроген пероксид:

201 години иновации