Químicos de la Universidad de Albany han logrado la creación de un nuevo compuesto de alta energía que podría revolucionar el combustible para cohetes, mejorando la eficiencia de los vuelos espaciales. Este nuevo material, el diboruro de manganeso (MnB2), al ser ignitado, libera más energía en relación con su peso y volumen en comparación con los combustibles actuales. En el contexto de un cohete, esto se traduce en una menor cantidad de combustible necesaria para un mismo tiempo de vuelo o carga, lo que a su vez permite más espacio para equipos y suministros críticos para la misión. La investigación ha sido publicada en el Journal of the American Chemical Society.
El profesor asistente de química, Michael Yeung, quien lideró el estudio, subraya que en las naves espaciales, el espacio es un recurso limitado. «Cada centímetro debe ser utilizado de manera eficiente, y todo a bordo necesita ser lo más ligero posible. Crear un combustible más eficiente utilizando nuestro nuevo compuesto significaría que se requeriría menos espacio para el almacenamiento de combustible, liberando así espacio para equipos, incluidos aquellos utilizados para la investigación. En el viaje de regreso, esto podría traducirse en más espacio disponible para traer muestras a casa», explica.
Propiedades y síntesis del diboruro de manganeso
El diboruro de manganeso es más de un 20% más energético por peso y aproximadamente un 150% más energético por volumen que el aluminio que se utiliza actualmente en los propulsores de cohetes sólidos. A pesar de su alta energía, este compuesto es seguro y solo se combustiona al entrar en contacto con un agente de ignición como el queroseno.
La estructura basada en boro del compuesto es versátil, y investigaciones relacionadas en el laboratorio de Yeung han demostrado su potencial para contribuir a la construcción de convertidores catalíticos más duraderos para automóviles y servir como catalizador para la descomposición de plásticos.
La síntesis de diboruro de manganeso requiere temperaturas extremas generadas mediante un dispositivo conocido como «melter de arco». El primer paso implica presionar polvos de manganeso y boro juntos en un pellet, que se coloca en una pequeña cámara de vidrio reforzada. El melter de arco concentra una corriente eléctrica en el pellet, calentándolo a unos 3,000°C (más de 5,000°F). El material fundido se enfría rápidamente para fijar la estructura en su lugar.
En el nivel atómico, este proceso obliga a un átomo central de manganeso a unirse a demasiados otros átomos, creando una estructura altamente energética y densamente empaquetada, similar a un resorte comprimido.
El estudiante de doctorado, Joseph Doane, quien trabaja con Yeung, destaca que el diboruro comenzó a captar la atención de los químicos en la década de 1960, pero la exploración de sus propiedades ha estado limitada por la dificultad para producir el compuesto. Ahora, gracias a nuevas tecnologías, es posible sintetizar compuestos químicos que antes solo se habían hipotetizado.
La investigación sobre el diboruro de manganeso se enmarca dentro de una búsqueda más amplia por parte de los químicos para descubrir compuestos basados en boro que presenten propiedades inusuales. «Este tipo de búsqueda está en el corazón de la química de materiales, donde la creación de materiales más duros y fuertes requiere la forja de nuevos compuestos químicos», señala el profesor asociado de química, Alan Chen.
Yeung, quien inició su interés por los compuestos de boro durante su etapa como estudiante de posgrado, recuerda haber creado un compuesto relacionado con el diboruro de manganeso que, en lugar de ser superduro, empezó a calentarse y cambiar de color. Este descubrimiento inicial ha llevado a los investigadores a explorar las posibilidades de los compuestos de boro, con el potencial de mejorar no solo el combustible para cohetes, sino también los convertidores catalíticos y los procesos de reciclaje de plásticos.
