Oordoppen voor groene raketbrandstof

De piepkleine palletjes HNF (hydrazinium nitroformate) van negen millimeter met een diameter van dertien millimeter zien er op een afbeelding uit als doodnormale gele oordoppen. Maar aan deze palletjes is weinig normaal, ze kunnen de samenstelling van de raketbrandstof ingrijpend vernieuwen. Nu ontstaat bij de eerste fase van de lancering van een raket een witte wolk die zoutzuur bevat. Dat komt door het vrijkomen van chloor bij de verbranding van AP (amonium perchloraat) en kan voor zure regen zorgen.
“In tegenstelling tot AP komt bij de verbranding van HNF geen chloor vrij. HNF is ook een potentiële oxidator voor vaste stuwstoffen, zoals AP, die meestal gebruikt wordt in lanceersystemen tijdens de initiële fase van de lancering”, zegt technisch natuurwetenschapper Otilia Dragomir. “HNF heeft een aantal voordelen ten opzichte van AP. De Amerikaanse ruimtevaartorganisatie Nasa heeft berekend dat HNF zeven tot dertien procent schoner is dan AP. Dat is een significant verschil.”
Dat is belangrijk, want ook in de ruimtevaart zijn ecologisch verantwoord materialen en stoffen een hype. “Wereldwijd wordt een grote inspanning geleverd om de lanceerkosten te reduceren en de belasting voor het milieu te verlagen”, meent de Roemeense.
Maar Dragomir en prof.dr. Dirk Roekaerts van de sectie multi-scale physics van de faculteit Technische Natuurwetenschappen temperen al te hoge ecologische verwachtingen. “HNF groen noemen is ook een beetje een publiciteitsstunt. Want er zit nog wel stikstof in en dat is natuurlijk ook weer niet goed”, benadrukt Roekaerts, die Dragomir begeleidde tijdens haar promotie.
HNF lijkt trouwens nog een groot voordeel te hebben: het is goedkoper dan AP. De Europese ruimtevaartorganisatie ESA, TNO en Aerospace Propulsion Products (APP) uit Klundert doen ook onderzoek naar het veelbelovende HNF. De laatste twee bedrijven participeerden in het onderzoek van Dragomir. APP stelde HNF-kristallen beschikbaar en TNO financierde het onderzoek van de Roemeense.
De mogelijkheden van HNF worden op de voet gevolgd door ingenieurs. HNF zou in de toekomst vooral gebruikt kunnen worden bij de lancering van kleine raketten die bijvoorbeeld satellieten de ruimte in sturen. Daarnaast is het leger ook zeer nieuwsgierig naar de mogelijkheden van HNF voor militaire doeleinden.
Met haar experimentele onderzoek wilde Dragomir vooral de verbranding van HNF beter begrijpen. “Daarbij moesten we wel erg voorzichtig zijn”, zegt Dragomir. “HNF is namelijk zeer explosief.” Dragomir deed tests aan de TU Delft en bij TNO. “Ik onderzocht onder meer wanneer en hoe HNF brandt. Ik heb ook met een laser getest.”
De tests van Dragomir zorgen ervoor dat duidelijker is hoe HNF brandt. Dat brengt het daadwerkelijke gebruik van HNF een stuk dichterbij. “Maar het is nu nog niet honderd procent veilig”, zegt Dragomir. “Dat maakt het momenteel natuurlijk onacceptabel voor gebruik bij lanceringen. Maar we komen wel steeds dichterbij het gebruik van HNF.” Wanneer HNF precies gebruikt zal worden is nog onduidelijk. “Je moet eerst echt zeker weten dat het werkt en veilig is.”
De Roemeense is inmiddels uit Delft vertrokken. Ze werkt nu in Duitsland bij het Instituut voor Verbrandingstechniek van het Duitse Centrum voor Lucht- en Ruimtevaart in Stuttgart. “Ik onderzoek nu onder meer hoe fijnstof werkt en hoe we er voor kunnen zorgen dat fijnstof minder verontreinigend is. Ik vind mijn huidige werk zeer interessant, omdat ik fundamenteel onderzoek doe. Maar ik vind het wel jammer dat ik niet meer met HNF bezig ben, want dat pionieren sprak me zeer aan.”