Mengapa NASA atau SpaceX tidak menggunakan ozon sebagai pengoksidasi bahan bakar roket?
Agaknya, akan mahal menggunakan ozon ($\ce{O3}$) sebagai pengoksidasi, bukan $\ce{O2}$, tetapi apakah keuletan ekstra itu sepadan? Apakah$\ce{O2}$ menyediakan daya dorong / energi / panas sebanyak yang dapat disediakan, mengingat propelan hidrogen cair?
Saya pikir Kimia lebih baik daripada Fisika, Teknik atau Astronomi untuk pertanyaan ini.
Jawaban
Seperti biasa dengan bahan bakar roket, masalah ozon adalah kepraktisan bukan kinerja
Hampir setiap jawaban mengapa komponen bahan bakar roket tertentu digunakan atau tidak akan merujuk pada buku John D Clarke yang ditulis dengan luar biasa dan berkilau: Ignition: An informal history of liquid rocket propelan (buku teknis langka yang layak dibaca untuk gaya brilian dan lucu selain konten teknis).
Ringkasannya tentang mengapa ozon, terlepas dari keuntungan fungsionalnya yang tampak, tidak lebih banyak digunakan cukup sederhana: masalah praktisnya lebih besar daripada keuntungan yang terlihat.
Dia menunjukkan keuntungannya:
Apa yang membuatnya menarik sebagai propelan adalah bahwa (1) kepadatan cairannya jauh lebih tinggi daripada oksigen cair, dan (2) ketika satu molnya terurai menjadi oksigen selama pembakaran, ia mengeluarkan energi 34 kilokalori, yang akan meningkatkan energi Anda. kinerja yang sesuai. Sänger tertarik padanya di tahun 30-an, dan minat itu bertahan hingga saat ini. Dalam menghadapi kekecewaan yang cukup besar.
Tetapi setiap cara yang tersedia untuk membuat cairan dengan proporsi ozon tinggi berbahaya. Ozon sangat beracun dan tidak stabil:
Karena itu ada kekurangannya. Paling tidak ini adalah setidaknya sama beracunnya dengan fluor. ... Jauh lebih penting adalah fakta bahwa itu tidak stabil — sangat mematikan. Dengan sedikit provokasi dan kadang-kadang tanpa alasan yang jelas, itu dapat kembali secara eksplosif menjadi oksigen. Dan pengembalian ini dikatalisis oleh air, klorin, oksida logam, alkali — dan, tampaknya, zat tertentu yang belum teridentifikasi. Dibandingkan ozon, hidrogen peroksida memiliki kepekaan pegulat kelas berat.
Pekerjaan telah dilakukan pada larutan ozon dalam oksigen cair yang entah bagaimana lebih stabil. Tetapi memiliki kelemahan bahwa campuran ozon / oksigen terpisah menjadi dua fase yang versi kaya ozon sulit untuk dicegah dalam tabung umpan setelah pembakaran dan sangat tidak stabil. Campuran lain yang dianggap lebih memudahkan penanganan adalah dengan fluor cair (!!!).
Akhirnya dia menyimpulkan pekerjaan yang diketahui tentang campuran ozon dalam bentuk apa pun:
Karena ozon masih terus meledak. Beberapa penyelidik percaya bahwa ledakan tersebut dipicu oleh jejak peroksida organik dalam benda tersebut, yang berasal dari jejak, katakanlah, minyak dalam oksigen tempat pembuatannya. Pekerja lain yakin bahwa itu hanya sifat ozon yang meledak, dan yang lain yakin bahwa dosa asal ada hubungannya dengan itu. Jadi, meskipun penelitian ozon terus berlanjut dengan cara yang tidak pasti, hanya ada sedikit orang percaya sejati yang tersisa, yang masih yakin bahwa ozon suatu hari nanti akan muncul dengan sendirinya. Saya bukan salah satu dari mereka.
Mungkin ada keuntungan teoritis, tetapi mereka sebanding dengan masalah praktis dan keamanannya. Dalam profesi yang digunakan untuk menguji hal-hal seperti FOOF (fluorine dioxide) dan klorin trifluorida, ini adalah beberapa pengakuan yang harus dibuat.
Ozon cair agak stabil (seperti dalam "dapat disimpan") sebagai solusi hingga 70% di LOx, jika Anda menambahkan beberapa stabilisator. Itu akan memberikan sedikit dorongan tambahan pada roket, tapi pasti akan meledak di pompa bahan bakar roket dan pipa, bukannya terbakar di nosel mesin.
Mesin roket cukup rumit untuk dibuat, Anda tidak ingin menambahkan persyaratan bahwa semua bahan adalah dari jenis yang tidak mengkatalisasi dekomposisi ozon secara dini. Ini biasanya merupakan proses yang tidak berjalan: Dekomposisi meningkatkan suhu, suhu meningkatkan laju dekomposisi, .... boom.