Methanmolekül

Iheim einfachsten Kohlenwasserstoff ist Methan ein Gas mit der chemischen Formel CH4.

Um das Methanmolekül in 3D zu sehen —>>in 3D mit Jmol

Chemische und physikalische Eigenschaften von Methan

Das Kohlenstoffatom im Zentrum des Methanmoleküls hat 4 Valenzelektronen und benötigt daher 4 weitere Elektronen von vier Wasserstoffatomen, um sein Oktett zu vervollständigen. Die Wasserstoffatome haben einen Bindungswinkel von 109 Grad, was dem Molekül eine tetraedrische Geometrie verleiht.

Als Hauptbestandteil von Erdgas ist Methan von Bedeutung . Das Verbrennen eines Moleküls Methan in Gegenwart von Sauerstoff setzt ein Molekül CO frei2 Der überschüssige Strom oder die von Windgeneratoren oder Solaranlagen erzeugte Spitzenleistung könnten theoretisch zum Lastausgleich im Energienetz verwendet werden.

Flüssiger Methan-Raketentreibstoff

In einer hochraffinierten Form wird flüssiges Methan als Raketentreibstoff verwendet.

Während Untersuchungen zur Methanverwendung seit Jahrzehnten existieren, wurden auf orbitalen Raumflügen noch keine serienmäßigen Methanmotoren eingesetzt. Dies ändert sich, und flüssiges Methan wurde kürzlich für die aktive Entwicklung einer Vielzahl von Bipropellant-Raketentriebwerken ausgewählt.

Seit den 1990er Jahren wurde eine Reihe russischer Raketen vorgeschlagen, flüssiges Methan zu verwenden. Ein russischer Motorenvorschlag aus den 1990er Jahren war der RD-192, eine Methan / LOX-Variante des RD-191.Im Jahr 2005 entwickelten die US-Unternehmen Orbitech und XCOR Aerospace einen Demonstrations-Raketentriebwerk mit flüssigem Sauerstoff / flüssigem Methan und einen größeren 7.500 Pfund (33 kN) Schubmotor im Jahr 2007 für den möglichen Einsatz als CEV Lunar Return Engine, bevor das CEV-Programm später abgesagt wurde.In jüngerer Zeit kündigte das amerikanische private Raumfahrtunternehmen SpaceX im Jahr 2012 eine Initiative zur Entwicklung von Flüssigmethan-Raketentriebwerken an, darunter zunächst das sehr große Raptor-Raketentriebwerk. Raptor soll 4,4 Meganewton (1.000.000 lbf) Schub mit einem vakuumspezifischen Impuls (Isp) von 363 Sekunden und einem Isp auf Meereshöhe von 321 Sekunden erzeugen und wird voraussichtlich 2014 mit den Tests auf Komponentenebene beginnen. Im Februar 2014 wurde das Raptor-Motordesign als hocheffizienter und theoretisch zuverlässigerer Vollstrom-Stufenverbrennungszyklus-Typ enthüllt, bei dem sich beide Treibstoffströme — Oxidationsmittel und Kraftstoff — vollständig in der Gasphase befinden, bevor sie in die Brennkammer gelangen. Vor 2014 sind nur zwei Vollstrom-Raketentriebwerke jemals so weit fortgeschritten, dass sie auf Prüfständen getestet werden konnten, aber keines der Triebwerke hat die Entwicklung abgeschlossen oder ist auf einem Flugfahrzeug geflogen.Im Oktober 2013 gab die China Aerospace Science and Technology Corporation, ein staatlicher Auftragnehmer für das chinesische Raumfahrtprogramm, bekannt, dass sie einen ersten Zündtest an einem neuen LOX-Methan-Raketentriebwerk abgeschlossen hat. Es wurde keine Motorgröße angegeben.

Im September 2014 gab ein weiteres amerikanisches privates Raumfahrtunternehmen — Blue Origin — öffentlich bekannt, dass sie sich in ihrem dritten Jahr der Entwicklungsarbeit an einem großen Methan-Raketentriebwerk befinden. Der neue Motor, der Blue Engine 4 oder BE-4, wurde entwickelt, um 2.400 Kilonewton (550.000 lbf) Schub zu erzeugen. Während ursprünglich geplant, ausschließlich auf einer Blue Origin proprietären Trägerrakete verwendet werden, wird es nun auf einem neuen United Launch Alliance (ULA) Motor auf einer neuen Trägerrakete verwendet werden, die ein Nachfolger des Atlas V. ULA angegeben im Jahr 2014, dass sie den Jungfernflug der neuen Trägerrakete nicht früher als 2019 zu machen.

Es ist in vielen Teilen des Sonnensystems reichlich vorhanden und könnte möglicherweise auf der Oberfläche eines anderen Körpers des Sonnensystems geerntet werden (insbesondere unter Verwendung der Methanproduktion aus lokalen Materialien, die auf dem Mars oder Titan gefunden wurden).Bis 2013 hatte das NASA-Projekt Morpheus ein kleines, neu startbares LOX-Methan-Raketentriebwerk mit 5.000 Pfund Schubkraft (22 kN) und einem spezifischen Impuls von 321 Sekunden entwickelt, das für Inspace-Anwendungen einschließlich Landern geeignet war. Kleine LOX-Methan-Triebwerke 5-15 Pfund-Kraft (22-67 N) wurden auch für den Einsatz in einem Reaktionskontrollsystem (RCS) entwickelt.SpaceNews berichtet Anfang 2015, dass die französische Raumfahrtagentur CNES mit Deutschland und einigen anderen Regierungen zusammenarbeitet und bis Mitte 2015 einen LOX / Methan-Motor auf einer wiederverwendbaren Trägerrakete vorschlagen wird, wobei Flugerprobungen vor etwa 2026 unwahrscheinlich sind.

Siehe auch:

Wie ist die Geometrie des Methanmoleküls? Eine interaktive Aktivität, die ein jmol-Applet von Methan enthält.