Met polymeerketens die zichzelf aaneen rijgen tot ‘megasupramoleculen’ kun je vliegtuigbrandstof minder brandgevaarlijk maken zonder dat de motoren er last van hebben. Kwestie van heel slim omgaan met mechanische eigenschappen, blijkt uit een publicatie van Caltech-onderzoeker Julia Kornfield in Science.

Waarbij de Science-redactie aantekent dat het eigenlijk nog het mooiste is dat zoiets eerst wordt voorspeld door computersimulaties, dat die voorspelling lijnrecht tegen de intuïtie van polymeerdeskundigen in gaat, maar dat ze desalniettemin feilloos blijkt te kloppen.

Het idee om een klein percentage lange polymeerketens door vliegtuigbrandstof te mengen is niet nieuw. De toevoeging vermindert de weerstand bij het verpompen, maar belangrijker is dat ze de vorming van een nevel boven de vloeibare brandstof blijkt te beperken - waarom precies, staat er helaas niet bij.

Die nevel is veel ontvlambaarder dan de vloeistof, en naar schatting verantwoordelijk voor twee vijfde van het aantal doden bij vliegtuigrampen. Kornfield noemt als voorbeeld de ramp op Tenerife in 1977, waarbij Boeings 747 van KLM en Pan Am op elkaar botsten - ze omschrijft het als een ‘otherwise survivable runway collision’ die vanwege de vuurbal toch nog 583 mensenlevens eiste.

Probleem tot nu toe is dat de toegevoegde polymeerketens massaal breken door de afschuifkrachten die optreden als je de brandstof verpompt, waardoor het additief zijn werking verliest. En gebruik je ketens die de pomp overleven, dan vernevelt de brandstof ook niet goed meer in de motor en daar is het juist wél de bedoeling.

Kornfield zoekt de oplossing nu in ‘telechele’ polymeren, met identieke functionele groepen aan elk eind. Om precies te zijn polycycloöctadiënen met als eindgroepen óf een tertiair amine óf isoftaalzuur. Je kiest de gemiddelde ketenlengte zo kort (400-1.000 kg/mol) dat de losse bouwstenen de afschuifkrachten wel overleven.

Via de eindgroepen zullen deze polymeren zich vanzelf om en om aan elkaar hechten, maar de bindingen zijn reversibel en bovendien een ordegrootte zwakker dan de covalente bindingen in de rest van de ketens. Bij het verpompen gaan dus alleen deze bindingen kapot, maar voorbij die pomp herstellen ze zichzelf gewoon weer.

En het verrassende is dat je zulke ‘megasupramoleculen’ met een molecuulmassa van meer dan 5.000 kg/mol, ook nog krijgt wanneer de concentratie heel laag is. Denk aan minder dan 0,3 gewichtsprocent, wat voor het voorkomen van nevel al voldoende is. Je zou verwachten dat de bouwstenen elkaar dan niet meer kunnen vinden en voornamelijk in hun eigen staart bijten zodat je onwerkzame ringen krijgt. Maar daarvoor moeten déze ketens uit minstens twee bouwstenen bestaan en statistisch-mechanische berekeningen laten zien dat ze dan net iets te lang worden om die eigen staart nog te kunnen vinden. Experimenten bewijzen dat dat klopt.

Bij verstuiving van de brandstof in de motor breken de ketens kennelijk óók op, zodat je daar wel de gewenste verneveling krijgt. Overigens hebben de onderzoekers dat alleen in een dieselmotor geprobeerd en niet in een straalmotor (want die hadden ze even niet), maar mogelijk maakt dat weinig uit.

bron: Science