„Corpora non agunt nisi liquida“, staro je alkemičarsko načelo koje su, budući da je istinito – za razliku od mnogih drugih načela uzaludnih pretvarača olova i žive u zlato – zdušno prihvatili i njihovi nasljednici, kemičari. Tijela (tvari) ne reagiraju ako nisu tekuća. Malo sam pretjerao jer i tvari u krutom stanju mogu reagirati, no mnogo teže nego u tekućem. Ne samo to. Tekućine je lakše transportirati od krutina, a kako je gorenje kemijski proces, isto vrijedi i za goriva. Prve su se lokomotive ložile lopatom (kada je gorivo bio ugljen) ili golim rukama (kada je gorivo bilo drvo); posljednje parne lokomotive koje su vukle teret između dva oceana, Atlantika i Pacifika, bile su ložene mazutom. Isto vrijedi i za brodove, za centralno grijanje, pa i za automobile – jer tek nakon što je pronađeno tekuće gorivo (benzin) bilo je moguće napraviti upotrebljiv motor s unutrašnjim izgaranjem. Pokušaji da se napravi takav motor s barutom neslavno su propali. O svemu tome bi se moglo pisati i pisati, no bez potrebe jer bi to bilo samo navođenje primjera za ono što je svima jasno – da su tekuća goriva praktičnija od krutih.

I sad, kad smo se u tome svi složili, evo nove vijesti iz Kine: tamošnji su znanstvenici ispitali kruto gorivo koje bi trebalo pokretati mlazne motore. Riječ je o znanstvenom radu „Combustion performance and deposit characteristics of boron-aluminum composite fuel in powder-fueled ramjet: A ground test study“ objavljenom u časopisu Molecules.

Kako je prednost benzina pred ugljenom (veća energijska vrijednost, niži ugljični otisak, homogenost i sl.) svima više-manje poznata, malo neobično zvuči da se o krutim gorivima kao pogonu za mlazni motor razmišljalo i prije nego što je prvi mlazni avion projurio nebom. Štoviše, mlazni je motor izumljen 1913., mnogo godina prije nego je itko mogao i pomisliti da bi se moglo letjeti zrakom bez elisa.  Prvi mlazni motor nije naime bio turbomlazni motor nego nabojno-mlazni motor (ramjet), koji zlu slavu duguje „letećem dimnjaku“, njemačkom krstarećem projektilu V-1. Riječ je o mlaznom motoru bez turbine, bez pokretnih dijelova. U njega zrak ulazi uslijed gibanja projektila. Danas takve motore imaju gotovo svi krstareći projektili, pa je jasno da se svi napori prema konstrukciji nabojno-mlaznog motora kreću u smjeru vojne primjene. Ali zašto napraviti takav, nabojno-mlazni motor na kruto gorivo, i to gorivo sastavljeno od aluminija i bora („boron-aluminum composite fuel“)?

Prije svega zbog velike energijske vrijednosti krutog goriva. Izgaranjem kilograma aluminija oslobađa se 31,1 MJ energije, što bi odgovaralo energijskoj vrijednosti najboljeg ugljena, antracita (32-33 MJ kg^-1). Od aluminija je bolji samo bor (59 MJ kg^-1), koji energijskom vrijednošću nadmašuje najbolje ugljikovodično gorivo, a to je benzin (51-52 MJ kg^-1). To je međutim samo jedna prednost krutih goriva za mlazne motore. Takva se goriva ne mogu tako lako zapaliti poput tekućeg avionskog goriva (kerozina), a i lakše ih je skladištiti jer je riječ o inertnom, metalnom prahu. No najveća im je prednost velika gustoća, zbog koje imaju veliku energijsku vrijednost po volumenu: litra aluminija oslobađa 84, a litra bora čak 140 MJ energije!

Sve je to odavano poznato i kemičarima i tehničarima. Toliko poznato da se aluminijski prah koristi kao komponenta krutog raketnog goriva. No, što je s borom?

Unatoč velikom energijskoj vrijednosti, bor (pre)sporo izgara, pa ga struja zraka izbacuje iz motora prije negoli odradi svoje. Da bi doskočili nevolji, znanstvenici su mu dodavali katalizatore, svakojake metalne okside, da bi ubrzali izgaranje, ali su u tome imali slabog uspjeha. I, evo, sada su se kineski znanstvenici pronašli Kolumbovo jaje: ubrzali su izgaranje bora aluminijem, koji je i sam gorivo.

Njihova se mixtura mirabilis sastoji od 50 % aluminija, 42 % bora te 8 % veziva, od kojeg je pola (4 %) oksidator, amonijev perklorat, NH₄ClO₄.

Gorivo se sastoji od odvojenih čestica aluminija i bora velikih oko 30 - 60 μm. Njihovim izgaranjem u zraku nastaju oksidi aluminija (Al₂O₃) i bora (B₂O₃), no ne samo oni. Detaljna kemijska analiza čestica što izlaze s mlazom nalazi dvije kristalne modifikacije aluminijeva oksida, α-Al₂O₃ (korund) i γ-Al₂O₃ (glinica), te tri aluminijeva borata (AlBO₃, Al₅BO₉ i Al₄B₂O₉), nastala očito spajanjem spomenuta dva oksida. Usto nastaju nitridi bora i aluminija (AlN i BN), reakcijom neizreagiranih metala s dušikom iz zraka nakon što je potrošen kisik.

To kaže kemija, a tehnika iz toga izvlači posljedicu da nabojno-mlazni  motor na aluminij i bor radi s iskorištenjem od 82 %, što je znatno bolje od najboljeg takvog motora na aluminijski prah (η = 73 %). Lijep uspjeh, ali nelijepa primjena. Da ga je samo primijeniti u miru!

Nenad Raos je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, sada u mirovini. Autor je i koautor stotinjak znanstvenih i stručnih radova iz područja bioanorganske i teorijske kemije, molekularnog modeliranja te povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Sada piše za Čovjek i svemir, mrežne stranice Panopticum,  te – naravno - Bug online. Sedam je godina bio glavni i tehnički urednik časopisa Priroda. Koautor je dva sveučilišna udžbenika i autor 16 znanstveno-popularnih knjiga. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.