kozmos.hr
Svemir

Bakterije imaju veliki potencijal za raketno gorivo

objavljeno

Tim znanstvenika razvija novo raketno biogorivo na bazi bakterija koje bi zbog svojih svojstva – manjeg volumena i velikog potencijala energije – moglo biti gorivo budućnosti.

‘Velika’ pomoć naših ‘malih’ suzemljana

Neki od najmanjih ‘stanovnika’ Zemlje mogli bi pomoći čovječanstvu u istraživanju našeg galaktičkog susjedstva. Naime, novorazvijeno biogorivo ⁠— temeljeno na antifungalnim molekulama koje proizvodi bakterija Streptomyces ⁠— moglo bi se koristiti u budućim lansiranjima raketa.

Kultura bakterije Streptomyces, koja je inspirirala potencijalnu novu vrstu raketnog goriva (© Pablo Morales-Cruz).
Kultura bakterije Streptomyces, koja je inspirirala potencijalnu novu vrstu raketnog goriva (© Pablo Morales-Cruz et al. 2022).

Veliki značaj razvoja ovakvog tipa goriva jest i što je ekološki puno prihvatljivije rješenje i alternativa za rakete koje ispuštaju ugljik u Zemljinu atmosferu. Ovo gorivo također bi moglo imati znatno veću gustoću energije od raketnih goriva koja se danas koriste, rekli su članovi projektnog tima u priopćenju za javnost. „Budući da bi se ta goriva proizvodila od bakterija hranjenih biljnim tvarima… njihovo spaljivanje u motorima značajno će smanjiti količinu dodanog stakleničkog plina u odnosu na bilo koje gorivo proizvedeno iz nafte,“ pojasnio je voditelj projekta Jay Keasling.

Projekt i razvoj raketnog biogoriva

Iako je projekt još uvijek u ranoj fazi, istraživači kažu da jedinstvena svojstva bakterije i potencijalni benefiti korištenja ovog oblika biogoriva sigurno garantiraju nastavak razvoja i široku upotrebu u budućnosti. Mnogi današnji raketni motori funkcioniraju na principu sagorijevanja tekućeg kisika i tekućeg vodika. No, čak i ova relativno ‘zelena’ kombinacija često se mora kombinirati s mnogo ‘opasnijim’, tj. ‘ne-zelenim’ pojačivačima kako bi gorivo moglo efikasno podići raketu.

Većina današnjih raketa, poput ove Arianespace Ariane 5, nastoji koristiti tekući vodik i tekući kisik u barem nekim fazama kako bi se smanjio utjecaj na okoliš. Međutim, nova generacija biogoriva mogla bi dodatno smanjiti negativne ekološke posljedice lansiranja raketa (©Arianespace).
Većina današnjih raketa, poput ove Arianespace Ariane 5, nastoji koristiti tekući vodik i tekući kisik u barem nekim fazama kako bi se smanjio utjecaj lansiranja na okoliš. Međutim, nova generacija biogoriva mogla bi dodatno smanjiti negativne ekološke posljedice (©Arianespace).

S obzirom na sve veći broj studija koje se fokusiraju na lansiranja raketa i njihov utjecaj na Zemljinu atmosferu, neki ekolozi kažu da su za svemirske letove potrebna nova rješenja ⁠— osobito kako se broj lansiranja povećava. S druge strane dio znanstvenika ističe kako svemirska industrija ima relativno mali ugljični otisak u usporedbi s drugim industrijama.

Istraživači biogoriva na temelju bakterija ističu kako je njihov kandidat za gorivo također izuzetno energičan te čak ima potencijal povećati mogućnosti trenutnih raketa! Molekula koja ‘leži’ u pozadini ovog goriva skraćeno je poznata kao POP-FAME (eng. polycylcopropanated fatty acid methyl esters). Struktura ovih molekula uključuje trokutaste prstenove s trostrukim ugljikom koji naprežu veze ugljik-ugljik pod ekstremnim kutom, a upravo ovo naprezanje proizvodi veliku potencijalnu energiju izgaranja. Pritom neobična struktura molekule također omogućuje da se gorivo komprimira u relativno mali volumen.

Budućnost istraživanja svemira?

Kombinacija ovih poželjnih svojstva – velika potencijalna energija i smanjeni volumen – odlična je za svemirske letove. Naime, kao što bismo mogli i očekivati, inženjeri pri razvoju goriva uvijek nastoje smanjiti njegovu masu jer to znači i manje troškove lansiranja. Sljedeća faza u razvoju raketnog biogoriva bila bi proizvodnja dovoljno molekula za terenske testove – tj. najmanje 10 kilograma. Nažalost, iz tima su izvijestili da su još uvijek veoma daleko od te količine.

Međutim, dosadašnji podatci simulacije sugeriraju da POP-FAME mogu proizvesti vrijednosti gustoće energije od 50 MJ po litri nakon kemijske obrade. Naime, to je značajno povećanje u odnosu na benzin (32 MJ po litri) i RP-1 (raketno gorivo na bazi kerozina) koje ima oko 35 MJ po litri.

Sličnost s drugim eksperimentalnim gorivom

POP-FAME molekule strukturno su bliski eksperimentalnom raketnom gorivu na bazi nafte, što pokazuje da bi te molekule proizvedene bakterijama mogle biti izvediva alternativa. Ovo eksperimentalno gorivo na bazi nafte, nazvano Syntin, razvijeno je u Sovjetskom Savezu 1960-ih godine. Dok se Syntin koristio u lansiranju raketa Soyuz 1970-ih i 1980-ih, visoki troškovi, eksplozivni potencijal i toksičnost na kraju su doveli do toga da je Sovjetski Savez napustio to gorivo.

Tim istraživača sada radi na povećanju proizvodne učinkovitosti bakterija kako bi mogli izvesti testiranja te stvara molekula različitih karakteristika koje bi se mogle ciljano primijeniti kao alternativa za kruto gorivo, mlazno gorivo i dizel. U budućnosti znanstvenici se nadaju da će koristiti hranu iz biljnog otpada kao izvor za stvaranje ugljično neutralnog procesa proizvodnje goriva.

Svemirski turizam postaje ozbiljan problem

Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram

t.me/kozmoshr

Izvori:

Pablo Cruz-Morales et al., „Biosynthesis of polycyclopropanated high energy biofuels,“ Joule (2022).

Robert G. Ryan, Eloise A. Marais, Chloe J. Balhatchet, Sebastian D. Eastham, „Impact of Rocket Launch and Space Debris Air Pollutant Emissions on Stratospheric Ozone and Global Climate,“ Earth’s Future (2022).

Elizabeth Howell (4. srpnja 2022.), „Bacteria could make super-efficient rocket fuel,“ space.com (pristup 4. srpnja 2022).

Aliyah Kovner (30. lipnja 2022.), „Bacteria for Blastoff: Using Microbes to Make Supercharged New Rocket Fuel,“ newscenter.lbl.gov (pristup 4. srpnja 2022).

University College London (25. lipnja 2022.), „Climate damage caused by growing space tourism needs urgent mitigation,“ phys.org (pristup 4. srpnja 2022).

Student povijesti koji u slobodno vrijeme voli čitati i pisati o svojim najdražim temama - povijesti, svemiru i astronomiji.