peróxido de alta concentración

El peróxido de hidrógeno de alta concentración ( HTP ) es una solución altamente concentrada (del 85 al 98 %) de peróxido de hidrógeno , cuyo resto está compuesto principalmente de agua. Al entrar en contacto con un catalizador, se descompone en una mezcla de vapor y oxígeno a alta temperatura, sin dejar agua líquida. Se utilizó como propulsor de cohetes y torpedos HTP, y también se ha empleado en motores vernier de alto rendimiento .

El peróxido de hidrógeno funciona mejor como propulsor en concentraciones extremadamente altas, es decir, aproximadamente, concentraciones superiores al 67 %. Si bien cualquier concentración de peróxido genera cierta cantidad de oxígeno y agua en forma de gas caliente, a concentraciones tan elevadas, el calor de la descomposición del peróxido de hidrógeno es lo suficientemente alto como para vaporizar por completo cualquier líquido restante a presión ambiente. Esto representa un umbral importante de seguridad y utilización, ya que la descomposición de estas soluciones de alta concentración por encima de este umbral conlleva el riesgo de que el líquido se transforme completamente en gas caliente: por encima de este umbral, el aumento de la concentración liberará un gas más caliente. Esta mezcla de vapor y oxígeno a alta temperatura puede emplearse para generar empuje, potencia o trabajo, pero se considera altamente inestable, con riesgo de explosión en presencia de una fuente iniciadora potente y un alto peligro para la salud y la seguridad. ^{[ 1 ]}

Las concentraciones de grado propulsor varían del 70 al 99%, clasificadas en cuatro grados: del 71,0 al 73,0%, del 85,0 al 87,0%, del 89,5 al 91,0% y del 98,0 al 99,0%. ^{[ 2 ]}

El cambio volumétrico del peróxido debido a la congelación varía con el porcentaje. Las concentraciones bajas de peróxido (45 % o menos) se expandirán al congelarse, mientras que las concentraciones más altas (65 % o más) se contraerán. ^{[ 3 ] : 4–39}

El peróxido de hidrógeno se vuelve más estable con un mayor contenido de peróxido. Por ejemplo, el peróxido de hidrógeno al 98% es más estable que el peróxido de hidrógeno al 70%. El agua actúa como contaminante, y cuanto mayor sea su concentración, menos estable será el peróxido. La capacidad de almacenamiento del peróxido depende de la relación superficie-volumen de los materiales con los que el fluido está en contacto. Para aumentar la capacidad de almacenamiento, esta relación debe minimizarse. ^{[ 4 ]}

Cuando se utiliza con un catalizador adecuado, el HTP puede utilizarse como monopropelente , ^{[ 5 ]} o con un combustible separado como bipropelente . ^{[ 6 ]}

El HTP se ha utilizado de forma segura y exitosa en muchas aplicaciones, comenzando con su uso en Alemania durante la Segunda Guerra Mundial , y continúa hasta nuestros días. ^{[ 7 ]} Durante la Segunda Guerra Mundial, el peróxido de alta concentración se utilizó como oxidante en algunos diseños de cohetes bipropelentes alemanes , como el motor de cohete Walter HWK 509A que impulsaba el caza interceptor de defensa puntual Messerschmitt Me 163 a finales de la Segunda Guerra Mundial, compuesto por un 80 % de la mezcla estandarizada T-Stoff , y también en el submarino alemán Tipo XVII . ^{[ 8 ]}

Algunos programas importantes de Estados Unidos incluyen los propulsores de control de reacción del programa X-15 y el cinturón de cohetes Bell . El vehículo de investigación del módulo de aterrizaje lunar de la NASA lo utilizó para generar empuje de cohete y simular un módulo de aterrizaje lunar.

La Marina Real británica experimentó con HTP como oxidante en los submarinos experimentales de entrenamiento y tiro al blanco de alta velocidad Explorer y Excalibur entre 1958 y 1969.

El primer torpedo HTP ruso se conocía con el nombre estrictamente funcional de 53-57 , donde el 53 hacía referencia al diámetro en centímetros del tubo lanzatorpedos y el 57 al año de su introducción. Impulsados ​​por la competencia de la Guerra Fría , ordenaron el desarrollo de un torpedo HTP más grande, que se dispararía desde tubos de 65 centímetros (26 pulgadas). El 12 de agosto de 2000, el HTP de uno de estos torpedos Tipo 65 explotó a bordo del submarino K-141 Kursk , hundiéndolo .

Los experimentos británicos con HTP como combustible para torpedos se interrumpieron después de que un incendio de peróxido provocara la pérdida del submarino HMS Sidon (P259)   en 1956.

La experimentación británica con HTP continuó en la investigación de cohetes, culminando con los vehículos de lanzamiento Black Arrow en 1971. Los cohetes Black Arrow lanzaron con éxito el satélite Prospero X-3 desde Woomera, Australia Meridional, utilizando HTP y queroseno como combustible.

El misil británico Blue Steel , acoplado a los bombarderos Vulcan y Victor en la década de 1960, fue fabricado por Avro . Utilizaba una concentración del 85 % de HTP. Para encender el cohete Stentor de doble cámara, el HTP pasaba a través de una rejilla catalizadora. Luego se inyectaba queroseno en las dos cámaras para producir 20 000 y 5000 libras (9100 y 2300 kilogramos) de empuje cada una. La cámara más grande se utilizaba para ascender y acelerar, mientras que la pequeña mantenía la velocidad de crucero. El misil tenía un alcance de 100 millas náuticas cuando se lanzaba a gran altitud y de unas 50 millas náuticas cuando se lanzaba a baja altitud (de 500 a 1000 pies (de 150 a 300 metros) ). Su velocidad era de aproximadamente Mach 2.0. Tras un lanzamiento a gran altitud, ascendía a entre 70 000 y 80 000 pies (de 21 000 a 24 000 metros) . Desde un lanzamiento a baja altitud, ascendería solo hasta 40.000 pies (12.000 metros), pero su velocidad seguiría rondando Mach 2.0.

Con una concentración del 82%, todavía se utiliza en el cohete ruso Soyuz para accionar las turbobombas de los propulsores y del vehículo orbital .

El vehículo propulsado por cohetes Blue Flame alcanzó el récord mundial de velocidad en tierra de 622,407 millas por hora (1.001,667 km/h) el 23 de octubre de 1970, utilizando una combinación de peróxido de alta concentración y gas natural licuado (GNL), presurizado con gas helio. 

El peróxido de hidrógeno de grado propulsor se utiliza en sistemas militares actuales y en numerosos programas de investigación y desarrollo de defensa y aeroespaciales. Muchas empresas de cohetes financiadas con fondos privados utilizan peróxido de hidrógeno, como Blue Origin , Skyrora y la extinta Armadillo Aerospace ; y algunos grupos de aficionados han expresado interés en fabricar su propio peróxido, tanto para su uso como para venderlo en pequeñas cantidades a terceros. El HTP se utiliza en los cohetes suborbitales ILR-33 AMBER ^{[ 9 ]} y Nucleus ^{[ 10 ]} .

El HTP estaba previsto para intentar batir el récord de velocidad en tierra con el coche Bloodhound SSC , con el objetivo de alcanzar más de 1600 km/h (1000 millas por hora ) . El HTP habría actuado como oxidante para el cohete de combustible híbrido, reaccionando con el combustible sólido polibutadieno hidroxilado . El proyecto se estancó debido a la pandemia de COVID-19 y a la falta de financiación. 

El peróxido de hidrógeno de grado propulsor está disponible para compradores cualificados. Normalmente, este producto químico se vende únicamente a empresas o instituciones gubernamentales con la capacidad de manipularlo y utilizarlo adecuadamente. Personas no profesionales han adquirido peróxido de hidrógeno con una concentración del 70 % o inferior (el 30 % restante es agua con trazas de impurezas y materiales estabilizadores, como sales de estaño, fosfatos, nitratos y otros aditivos químicos) y han aumentado su concentración por su cuenta. La destilación con peróxido de hidrógeno es extremadamente peligrosa; el vapor de peróxido no es inflamable, pero el oxígeno liberado puede inflamar cualquier material con el que entre en contacto. La detonación es posible dependiendo de combinaciones específicas de temperatura y presión, y es el resultado de la rápida evaporación reactiva del líquido, lo que genera altas temperaturas y presiones que provocan la ruptura violenta del recipiente. En general, cualquier masa hirviendo de peróxido de hidrógeno de alta concentración a presión ambiente producirá peróxido de hidrógeno en fase gaseosa, que puede detonar. Este riesgo se mitiga, pero no se elimina, con la destilación al vacío. Otros métodos para concentrar el peróxido de hidrógeno son el burbujeo y la cristalización fraccionada .

El peróxido de hidrógeno en concentraciones de al menos el 35% aparece en la lista de sustancias químicas de interés del Departamento de Seguridad Nacional de los Estados Unidos. ^{[ 11 ]}

Dado que muchas sustancias comunes catalizan la descomposición exotérmica del peróxido en vapor y oxígeno, su manipulación requiere cuidados y equipos especiales. Cabe destacar que el hierro y el cobre, materiales comunes, son incompatibles con el peróxido, pero la reacción puede retrasarse segundos o minutos, según la pureza del peróxido utilizado.

Los pequeños derrames de peróxido de hidrógeno se solucionan fácilmente inundando la zona con agua. Esto no solo enfría el peróxido que haya reaccionado, sino que también lo diluye por completo. Por lo tanto, las instalaciones que manipulan peróxido de hidrógeno suelen estar equipadas con duchas de emergencia, mangueras y personal encargado de la seguridad.

El contacto con la piel provoca un blanqueamiento inmediato debido a la producción de oxígeno bajo la piel. Se producen quemaduras extensas si no se enjuagan en segundos. El contacto con los ojos puede causar ceguera, por lo que se suele utilizar protección ocular.

El desastre del submarino Kursk se debió a la liberación accidental de HTP en un torpedo, que reaccionó con el combustible del mismo.