V kosmickém průmyslu se každý gram počítá. Palivo zabírá velkou část hmotnosti rakety, což omezuje množství vybavení i zásob, které lze dopravit na oběžnou dráhu nebo dál do vesmíru. Právě proto vzbudil velkou pozornost objev chemiků z University at Albany ve státě New York. Tým vedený Michaelem Yeungem dokázal vyrobit a otestovat sloučeninu, která by mohla způsobit doslova revoluci v raketových pohonných systémech.

Nový materiál, manganan diborid (MnB₂), je unikátní tím, že má oproti hliníku, jenž se dnes používá v pevných raketových motorech, více než o pětinu vyšší energetickou hustotu podle hmotnosti a zhruba o 150 % vyšší hustotu podle objemu. Znamená to, že raketa by mohla potřebovat méně paliva pro dosažení stejného výkonu, čímž by se uvolnil prostor pro vědecké přístroje nebo zásoby. „V kosmické lodi je každý centimetr drahocenný,“ vysvětluje Yeung. „Pokud palivo zabere méně místa, můžeme na palubu dostat více vybavení a na zpáteční cestě třeba i více vzorků.“

Stabilita i výjimečná energie

Na první pohled se může zdát, že sloučenina s takovou energetickou hustotou bude nestabilní a nebezpečná. Překvapivě to není pravda. MnB₂ je stabilní za běžných podmínek a ke vznícení potřebuje zapalovací zdroj, například kerosin. To z něj dělá nejen výkonného kandidáta na nové palivo, ale i relativně bezpečný materiál k manipulaci.

Kromě využití v kosmonautice se otevírají i další cesty. Díky své borové struktuře by mohl tento materiál posílit katalyzátory v automobilech nebo usnadnit rozklad plastů, tedy problémy, se kterými si průmysl dlouhodobě láme hlavu.

Od hypotézy k realitě

Myšlenka, že diboridy by mohly mít zvláštní vlastnosti, není nová. První teorie se objevily už v 60. letech minulého století, ale tehdy chyběly technologie, které by umožnily jejich syntézu. Teprve moderní zařízení, jako takzvaný obloukový tavič (arc melter), dovolily vědcům vytvořit čistý MnB₂.

Proces není jednoduchý – vyžaduje teploty okolo 3 000 °C. Směs práškového manganu a boru se stlačí do peletky a v uzavřené komoře se na ni pustí elektrický proud, který ji roztaví. Rychlým ochlazením se pak podaří uchovat požadovanou krystalickou strukturu. Na atomární úrovni vznikne velmi husté uspořádání, které funguje podobně jako napnutá pružina – v sobě skrývá obrovské množství energie.

Kde se skrývá energie

Aby mohli vědci pochopit, proč má MnB₂ tak vysokou energetickou kapacitu, vytvořili detailní počítačové modely. Ty ukázaly, že v jeho struktuře dochází k tzv. deformaci – hexagonální „mřížka“ atomů není dokonale souměrná, ale nepatrně zkroucená. Právě v tomto zkreslení se podle výpočtů ukrývá energie, která se při zapálení uvolní.

Profesor Yeung to přirovnal k trampolíně. Když je prázdná a rovná, žádnou energii nevykazuje. Jakmile na ni ale položíte velkou zátěž, napne se a uloží energii, která se uvolní při odstranění zátěže. U MnB₂ se podobná energie „odjistí“ teprve při zapálení.

Cesta k materiálům budoucnosti

Výzkum borových sloučenin se v posledních letech těší velké pozornosti. Podle spoluautora studie Alana Chena jde o oblast, která slibuje vlastnosti přesahující běžné materiály. „Když chceme vytvořit tvrdší, odolnější a energeticky bohatší látky, musíme sáhnout po nových sloučeninách. A právě to je směr, kterým se ubírá náš výzkum,“ uvedl Chen.

Yeung se o podobné materiály začal zajímat už během studií na UCLA, kde zkoumal možnost vytvořit látky tvrdší než diamant. Tehdy si všiml, že některé borové sloučeniny při pokusech samovolně hřejí a mění barvu, což bylo nečekané. Tento zážeh zájmu ho dovedl až k dnešnímu úspěchu.

Ještě je příliš brzy mluvit o okamžitém nasazení MnB₂ v raketách, ale první výsledky vypadají slibně. Pokud se podaří látku vyrábět ve větším množství a za rozumné náklady, mohla by se stát klíčem k efektivnějšímu dobývání vesmíru. Méně paliva znamená lehčí a levnější starty, více prostoru pro vědu a také možnost posunout hranice lidského poznání dál než kdykoli předtím.