Methylamin als Raketentreibstoff

Diese Frage bekam ich gestern per Mail gestellt. Da mir sowieso gerade nicht soviel für den Blog einfällt, will ich mal die Eignung dieser Substanz als Treibstoff zeigen. zuerst mal fange ich immer mit dem Bauchgefühl an. Da sieht Methylamin nicht schlecht aus. Wie man an der Summenformel CH5N erkennen kann hat das Molekül relativ viel Wasserstoff (16,1% der Molekülmasse). Bei dem eingesetzten höheren Analogon unsymmetrisches Dimethylhydrazin (C2H8N2) sind es nur 13,3%. Allgemein gilt: Je höher der Wasserstoffgehalt einer Verbindung desto besser ist der Treibstoff, weil Wasserstoff bei seiner kleinen Molekülmasse die gleiche Energiemenge pro Bindung liefert wie Stickstoff oder Kohlenstoff und auch die Abgase (Wasser) eine kleine Molekülmasse haben und so die Gasgeschwindigkeit beim Verlassen der Düse hoch ist.

Tendenziell sollte es auch billiger herzustellen sein. Es ist zumindest anders als UDMH eine sehr häufig eingesetzte Chemikalie die als Nukleophil fungiert. Soviel vom Bauchgefühl.

Schaut man bei Wikipedia mal nach den physikalischen Eigenschaften, dann erkennt man zwei Nachteile. Das eine ist der niedrige Siedepunkt von -6,3°C. UDMH wurde ja nicht als Treibstoff gewählt weil es so tolle chemische Eigenschaften hat, sondern weil es lagerfähig ist und sich mit NTO selbst entzündet (das dürfte auch für Methylamin gelten). Methylamin ist wenn es nicht unter Druck steht nicht lagerfähig. Es ist aber als Nukleophil sehr reaktionsfähig und nicht so umweltschädlich wie UDMH.

Doch wie sieht es mit dem spezifischen Impuls aus? Ich habe FCEA eine Simulation machen lassen mit der Einstellung „eingefrorenes Gleichgewicht“, das eher zu niedrige Werte liefert. Brennkammerdruck war in beiden Fällen 80 bar. Expansionsverhältnis einmal 120 (Vakuum) und 15 (Meereshöhe, Ersttsufentriebwerk). Die spezifischen Impulse habe ich jeweils angegeben.

Deutlich ist, dass die beiden Kurven ähnlich sind, die Methylamin Kurve ihr Maximum weiter rechts, weil mehr Sauerstoff zur Verbrennung benötigt wird, das drückt sich bei einem Maximum weiter rechts aus. Bei stöchiometrischer Verbrennung würde es bei NTO/UDMH bei 3,06 zu 1 und bei NTO/Methylamin bei 3,34 zu 1. Man wird sinnigerweise die Treibstoffe nahe des Mischungsverhältnisses verbrennen, das den höchsten Impuls liefert und da liegen beide Treibstoffe auf fast demselben Niveau. Es liegt bei NTO/UDMH bei 2,2 zu 1 und bei NTO/Methylamin bei 2,5 zu 1. der Vakuumimpuls liegt dann bei 2855/3253 (NTO/UDMH( und 2850/3255 bei NTO/UDMH. Da beide Werte fast gleich hoch sind lohnt sich also der Einsatz von Methylamin unter energetischen Gesichtspunkten nicht, zumal die Substanz eine geringere dichte hat also größere Tanks benötigt. Wenn dann kann der einsatz aufgrund der Produktionskosten und Giftigkeit.

eine zweite praktischer Gesichtspunkt kann sein, dass man gleich große Tanks haben möchte, die sind dann billiger zu fertigen. Bei NTO/UDMH ist das bei einem Mischungsverhältnis von 1,86 der Fall, bei NTO/Methylamin bei 2,1 zu 1.Dann erhält man Ausstömgeschwindigkeiten von 2843 (Meereshöhe) und 3219 (Vakuum) bei UDMH und 2831 / 3209 bei Methylamin. Also auch unter diesem Gesichtspunkt kein Vorteil.

Denkbar wäre der Einsatz als „Green Fuel“ bei Satelliten. Die Temperatur zum Verflüssigen kann man leicht im Weltraum erreichen, wenn man die Tanks isoliert. Relativ leicht ist es verdampfbar. So könnte man unter Umständen auf Heliumdrucktanks verzichten und einfach die Tanks erhitzen oder den Satelliten so drehen, dass die sonne sie erhitzt wenn eine Zündung ansteht.