科学家正在试验高能硼基燃料 有望使太空火箭更清洁、更环保

理想情况下，最好的燃料是氢气，但即使冷却成低温液体，它仍然占用太多的空间，处理起来极其困难和危险，并带来各种后勤问题。基于从化石燃料中提炼的碳氢化合物的传统航空燃料要实用得多，因为氢与碳原子结合在一起，使它们更加紧凑和易于操作。

不幸的是，像煤油这样的燃料仍然过于笨重，而且每单位所含能量太少，无法满足美国军方对可以飞越半个地球的超音速喷气机的需求。为了克服这个问题，工程师们希望创造一种新的燃料，使用一些其他元素来储存氢气，但又能足够便宜，足够容易使用，从而具有实用性。

结果是基于硼的新燃料系列，硼在周期表中紧挨着碳。这些氢硼化合物，或称硼烷，是在代号为 “Project Zip”的项目下开发的，因此它们被昵称为 “Zip燃料”。

起初，这些燃料非常有前景，产生的热能几乎是传统燃料的两倍。像XB-70“女武神”战略轰炸机、XF-108“轻剑”远程拦截机、BOMARC导弹和其他飞机都被设计为使用它们，并且有计划将已经使用的喷气发动机改装为燃烧硼烷。

但是硼烷燃料有很大的问题。因为它们在室温下是固体，在较高温度下燃烧，它们必须与碳氢化合物燃料混合。更糟糕的是，它们产生了一种粘性废物，使发动机胶结，只能通过大量的努力才能清除。因此，这些项目在1959年被取消了。

今天，氨硼烷形式的硼烷被用于燃料电池，为电动汽车提供动力，其中氢气是通过催化剂的方式释放的。

现在，由Prithwish Biswas领导的加州大学河滨分校的一个团队正在寻找一种方法，使用硼烷为能够将卫星送入轨道的火箭提供动力。

这方面的关键是更好地了解硼烷是如何燃烧的，以及如何让它们有效地燃烧，而不需要基础燃料或催化剂，这可能会产生一种更环保的碳氢化合物燃料的替代品，并可能使太空发射更便宜。

与碳氢化合物不同，硼烷有一个复杂的燃烧过程，因为它们在燃烧过程中会演变成许多不同的化合物。通过将硼烷形成纳米颗粒并与氧化剂高氯酸钾或高氯酸铵一起燃烧，目的是改变燃烧过程并更快地释放更多的能量。

马里兰大学化学博士生Pankaj Ghildiyal说：“这类似于使用催化转换器来使碳氢化合物燃料完全燃烧。在这里，我们能够通过使用氧化剂本身的化学成分来创造更完整的化学品燃烧并增加整个反应的能量，而不需要催化剂。”

由于研究中使用的细小颗粒在潮湿的环境中容易降解，科学家们的下一步计划是找到一种方法，给它们一个保护性的涂层，以便储存。

“我们已经确定了为这种燃料和氧化剂组合提供动力的基本化学成分，”Biswas说。“现在我们期待着看到它在大规模的表现。”

该研究发表在《物理化学杂志C》上。

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