ЕЛЕМЕНТИ - силовий матеріал з кисню

ТЕКСТОВИЙ БЕРНД КАЛЬТВАСЕР

Косметика, прибирання, мікроелектроніка - перекис водню вже два століття сприяє інноваційному застосуванню в хімії. Як додаткове паливо для ракет, поєднання водню та кисню тепер також робить важливий внесок у більш екологічні космічні подорожі.

ТЕКСТОВИЙ БЕРНД КАЛЬТВАСЕР

Три години тому був захід сонця, тепер джунглі занурені в глибоку темряву. Ніч закінчується біля огорожі з колючого дроту, що простягається тропічним пейзажем. За нею: космічна ракета висотою понад 46 метрів, оповита яскравим світлом прожекторів. Голос Directeur des Opérations лунає з гучномовця, що сповіщає про неминучий старт французькою мовою: "À tous de DDO: Увага залийте мої д’уне хвилини".

Космодром Куру, Французька Гвіана, 6 листопада 2018 р., 21.46 за місцевим часом. Він запускається в останню хвилину перед запуском ракети "Союз", за допомогою якої метеорологічний супутник "Метоп-С" повинен бути відправлений у космос. На борту: перекис водню (H₂O₂) від Evonik. Видовище можна побачити на відео від космічної компанії Arianespace. За 20 секунд до зльоту: спалах світла запалює потужні двигуни, які повинні підняти монстра вагою понад 300 тонн у небо. Рев і шипіння, що набрякає. Потужність збільшується поетапно, зрештою, підсилювач та головний двигун спалюють понад 450 кілограмів гасу та 1100 кілограмів рідкого кисню щосекунди. Центр управління знову повідомляє: «Увага залиште декомпект фінал.» Тривають останні секунди. «... trois, deux, unité.» Вся платформа запуску овіяна помаранчевим сяйвом. «Зверху, декольте ...» Ракета велично штовхає в небо. Вона літає по дузі, піднімається все вище і вище. Приблизно через годину після старту прес-секретар європейської метеорологічної супутникової організації Eumetsat повідомила, що перші сигнали "Metop-C" були підхоплені: місія була успішною.

Перекис водню:
Універсальне підключення

Перекис водню (H₂O₂) - прозора, безбарвна рідка сполука, виготовлена з кисню та водню. Він був відкритий в 1818 р Луї Жак Тенар, ніж це Перекис барію С азотна кислота нехай реагують. З тих пір перекис водню стала потужною Окислювач. Застосовується у виробництві відбілюючих речовин, наприклад паперу, текстилю або волосся. Він також використовується як дезінфікуючий та чистячий засіб у господарстві. Перекис водню розпадається на воду та кисень.

Луї Жак Тенар: Французький хімік, 1777-1857
Перекис барію (BaO₂): хімічне поєднання барію та кисню
Азотна кислота (HNO₃): Киснева кислота азоту
Окислювач: Елемент або сполука, що окислює інші речовини, приймаючи електрони

Evonik зіграв у цьому ключову роль: «Сьогодні кожна ракета« Союз »вже має на борту близько десяти тонн високочистого висококонцентрованого H₂O₂. Це приводить в дію турбонасоси, які при високому тиску пресують фактичне паливо в камеру згоряння », - повідомляє доктор Стефан Лейнінгер, який відповідає за діяльність компанії H₂O₂ за спеціальні програми в сегменті Ефективність використання ресурсів Evonik. Десять тонн, це все ще керована кількість. Як один із провідних світових виробників, Evonik може виробляти понад 950 000 тонн перекису водню щороку в 13 місцях на шести континентах.

Рідке поєднання водню та кисню було відоме вже два століття (див. Хроніку), але воно продовжує завойовувати нові ринки сьогодні. H₂O₂ та інші пероксиди сьогодні використовуються в таких різноманітних областях, як напівпровідникова промисловість, виробництво паперу чи харчові технології. "Це не в останню чергу пов'язано з хорошою екологічною сумісністю матеріалу та його ефективністю", - говорить Лейнінгер.

"Той факт, що H₂O₂ постійно завойовує нові ринки, обумовлений його хорошою екологічною сумісністю та ефективністю".

Ці аспекти також стають все більш важливими у космічних подорожах. Ринок переживає потрясіння: приватні провайдери, такі як SpaceX, очолюваний винахідником Tesla Ілоном Маск, та конкуренти Blue Origin, OneWeb та Rocketlab, засновані шефом Amazon Джеффом Безосом, рухаються вперед. У 2018 році вилетіло 114 ракет - більше, ніж будь-коли раніше за рік. У той же час середній розмір супутників, які несуть у космос ракети, зменшується. Все частіше застосовуються так звані наносателіти (маса до десяти кілограмів) та мікросателіти (маса до 100 кілограмів). За прогнозом консалтингової фірми Spaceworks Inc. протягом наступних п’яти років може бути запущено до 2600 малих штучних супутників.

"Весь ринок ось-ось пройде наступний еволюційний крок", - говорить Лейнінгер. «Через легку експлуатацію H₂O₂ відіграє важливу роль як паливо». До цього часу гідразин або його похідні взяли на себе це завдання, наприклад. Однак гідразин підозрюється у тому, що він викликає рак, саме тому його використання в ЄС може бути заборонено в майбутньому. H₂O₂ буде чистою альтернативою: при контакті з відповідним каталізатором ракетне паливо розкладається з утворенням водяної пари та кисню, генеруючи багато тепла.

ЗЕЛЕНІ РАКЕТИ

Таким чином, H₂O₂ підживлює світову тенденцію: під крилатою фразою "Зелена ракетна техніка" численні гравці намагаються зробити космічні подорожі більш стійкими та екологічно чистими. На додаток до економічних аспектів, це також мета Підготовчої програми майбутніх пускових установок (FLPP), в рамках якої Європейське космічне агентство ESA досліджує технології для наступного, але одного покоління ракет. «Екологічно чисті види палива для нас важливі, - говорить Ян Вернер, генеральний директор Європейського космічного агентства (див. Інтерв'ю). Космічне агентство вже багато років сприяє сталому розвитку на землі і буде продовжувати робити це в майбутньому.

Проект «Hyprogeo», який фінансувався Європейською Комісією в рамках рамкової програми досліджень «Горизонт 2020» (код фінансування: 634534 HYPROGEO), дає змогу зробити крок у цьому напрямку. Метою було побудувати гібридний ракетний двигун, який спалює твердопаливний поліетилен і використовує перекис водню як окислювач. "Нашим завданням як партнера по проекту було виробляти максимально високу концентрацію H₂O₂", - пояснює Лейнінгер. Спеціально для цієї мети компанія Evonik розробила процес, що забезпечує речовину в концентрації до 98 відсотків - найвищу цінність для промислового виробництва. "Хоча фактичний виробничий процес H₂O₂ утворює від 40 до 50 відсотків розчину, бажана кінцева концентрація досягається шляхом подальшої перегонки та кристалізації", - пояснює Лейнінгер.

Застосування для відновлення ґрунту та очищення стічних вод

Перекис водню також розвиває свою інноваційну силу в екологічних цілях, таких як відновлення ґрунту або очищення стічних вод. У США очисні споруди часто хлорують очищені стічні води перед скиданням їх назад у річки або озера. Протягом ряду років EPA (Агентство з охорони навколишнього середовища) просуває використання альтернативних методів. Сюди входить обробка стічних вод H₂O₂ або перецтовою кислотою (PAA). Екологічно чисте рішення, оскільки при використанні двох пероксидів єдиними побічними продуктами є вода та легко біологічно розкладається оцтова кислота.

Як сильний окислювач, пероксиди борються з мікробами, що знаходяться у стічних водах. Віруси, бактерії та інші мікроби гинуть за неспецифічними механізмами дії. "Пероксиди проникають у клітинну оболонку мікроорганізмів і змінюють її так, що вона втрачає свою бар'єрну функцію", - говорить експерт Evonik Лейнінгер. Крім того, ферменти всередині клітини окислюються і, таким чином, безповоротно пошкоджуються. І те, і інше призводить до руйнування клітинного метаболізму. Зокрема, PAA виявився потужним дезінфікуючим засобом. Лише одна сота відповідної дози H₂O₂ має подібний ефект. "Завдяки ліпофільним властивостям ацетильної частини молекули, PAA може проникати в клітинні мембрани особливо легко", - пояснює Лейнінгер. Крім того, PAA - на відміну від H₂O₂ - не може розщеплюватися спеціальним ферментом, мікробною каталазою. Тому механізми опору проти ПАА поки не відомі.

Він такий зелений завдяки H₂O₂

за допомогою води, повітря та електрики

Все більше і більше муніципалітетів США оцінюють ці переваги. Наприклад, кілька років тому місто Мемфіс із 650 000 мешканців прийняло фундаментальне рішення використовувати ПАА для очищення стічних вод. Відповідальні домовились з американською компанією PeroxyChem про довгостроковий контракт на поставку з безумовними платіжними зобов'язаннями. Як результат, виробник пероксиду почав планувати нову фабрику ПАА у цьому регіоні два роки тому. На початку листопада 2018 року Evonik оголосив, що перейде на PeroxyChem.

Такі пероксиди, як H₂O₂ та PAA, не тільки зменшують навантаження на мікроби. Вони також усувають погано розкладаються органічні мікроелементи, які можуть бути проблемою при скиді стічних вод у поверхневі води. Крім того, перекис водню використовується для детоксикації ціанідсодержащих стічних вод, таких як ті, що трапляються на гальванічних заводах, цехах загартовування, у верхньому газі доменних печей або на шахтах. H₂O₂ окиснює ціанід до ціанату, який гідролізується до аміаку та вугільної кислоти. На гальванічних заводах перекис водню також використовується для повторного окислення оксидів азоту, що утворюються з азотної кислоти в процесі травлення, до азотної кислоти.

З деякими забруднювачами H₂O₂ сам по собі нічого не може зробити. Наприклад, коли йдеться про видалення бензолів або фенолів із стічних вод, хіміки вдаються до хитрості: перекис водню розщеплюється на гідроксильні радикали (• OH) або двовалентними іонами заліза (Fe² +), УФ-випромінюванням або озоном. Цей радикал є одним із найсильніших окислювачів навколо і реагує майже з усіма органічними сполуками.

Перекис водню:

201 рік інновацій