3. Der neue Raketentreibstoff - Silanöle

3.1 Die Eigenschaften von Silanen und deren Verwendung als Raketentreibstoffe

Zunächst soll an dieser Stelle erklärt werden, was Silane eigentlich sind. Das Element Silizium steht im Periodensystem unter dem Kohlenstoff. Das Kohlenwasserstoffe existieren ist hinlänglich bekannt, fahren doch fast alle Kraftfahrzeuge mit diesen Stoffen. Die einfachsten der Kohlenwasserstoffe werden Alkane genannt. Wegen der Stellung des Siliziums im Periodensystem ist es also nicht verwunderlich, dass auch Siliziumwasserstoffe existieren. Angelehnt an die Alkane werden diese als Silane bezeichnet. Alfred Stock stellte bereits Anfang des 20. Jahrhunderts Silane her. Diese waren jedoch selbstentzündlich und daher handhabungsunsicher, was die Chemiker zu der Annahme brachte, dass höhere Silane nicht herstellbar seien. Diese Annahme wurde 1970 von Peter Plichta widerlegt. Er stellte höhere Silane mit bis zu 9 Siliziumatomen pyrolytisch, d.h. durch Hitzeeinwirkung her. Bei der Trennung des Gemisches, welches die Reaktion hervorbrachte, stellte man fest, dass diese Silane nicht mehr selbstentzündlich waren.
Untersuchungen ergaben, dass die Verbrennung höherer Silane mit flüssigem Sauerstoff, Chlor oder Fluor höhere Verbrennungstemperaturen liefert, als es bei Wasserstoff-Sauerstoffbrennern möglich ist. Ein weiterer Vorteil der Silane ist, dass sie Stickstoff, aus dem die Luft zu etwa 80% besteht, zur Verbrennung mit Nutzen kann.
Für die Verwendung von Silanen als Raketentreibstoff spricht außerdem noch die relativ hohe Molekülmasse. Nach der Impulsgleichung

ist nicht nur die Geschwindigkeit der Ausströmgase maßgebend, sondern auch die Molekülmasse des verwendeten Treibstoffs. Wasserdampf H₂O, der bei der Wasserstoffverbrennung entsteht, hat eine Molekülmasse von 18, Siliziumdioxid (SiO₂) bereits 60 und die von Siliziumtetraflourid (SiF₄) beträgt 104. Durch Mitverbrennen von Chlor können die Molekülmassen noch weiter erhöht werden. Ein mit Silanöl angetriebenes Raketentriebwerk ist wenigstens um das Doppelte effektiver, als ein heute zum Einsatz kommendes.
Im Zusammenhang mit dem Diskus sollen die beiden Raketentriebwerke folgendermaßen angetrieben werden: Im herausschwenkbaren Triebwerk (15 in Abb. 4) soll Silanöl mit flüssigem Sauerstoff verbrannt werden. Dabei entstehen Siliziumdioxid, Wasser und Spuren von rotbraunem Siliziummonoxid. Das Haupttriebwerk soll anfangs ebenfalls mit Silanöl und flüssigem Sauerstoff betrieben werden. Flüssiges Chlor kann mit steigender Flughöhe parallel zur Sauerstoffverbrennung hinzugesetzt werden. Ab einer Flughöhe von 1000 km wird Fluor als Oxidationsmittel genutzt. Silanöl und Fluor bilden die energiereichsten Treibstoffe. Bei dieser Verbrennung entstehen die giftigen Stoffe Siliziumtetraflourid und Fluorwasserstoff, die jedoch in solchen Flughöhen abgegeben werden können.
Gemäß dem nun folgenden Kreislauf können gewisse Treibstoffbestandteile gewiss ausgetauscht bzw. geändert werden.

3.2 Der Silizium-Stickstoffkreislauf

In den Wüsten der Erde gibt es sehr große Sandvorkommen. Sand besteht aus Silizium und Sauerstoff. Diese Bindung soll mittels Solarzellen getrennt werden, es entsteht nun reines Silizium. Für diese Reaktion sind Temperaturen von etwa 2000 Grad Celsius nötig.
Im nächsten Schritt des Kreislaufes wird das gewonnene Silizium zu Fabriken transportiert, welche mithilfe von Wasserstoff aus dem Silizium Silane herstellen. Wie die Herstellung von sich geht, soll hier allerdings nicht näher beschrieben werden.
Die entstandenen Silane treiben nun Autos, Flugzeuge und den beschriebenen Raketendiskus an. Zusätzlich wird noch Siliziumpulver mit als Treibstoff genutzt. Dadurch wird erreicht, dass die Silane nur mit dem Stickstoff der Luft verbrennen und nicht mit Sauerstoff. Die reine Stickstoffverbrennung liefert zwar weniger Energie, als wenn auch Sauerstoff mit an der Reaktion teilnähme, doch wird so erreicht, dass Siliziumnitrid als Nebenprodukt auftritt. Aus diesem Nebenprodukt kann man sehr harte Keramik anfertigen. Zur weiteren Verwendung soll es im Motor aufgefangen werden, ohne ihn zu beschädigen. Das überschüssige Siliziumnitrid wird also gesammelt und in einer Fabrik zerlegt, dabei entsteht Ammoniak. Dies kostet zwar Energie, jedoch ist Ammoniak die zweithäufigste Industrie-Chemikalie, z.B. stellt man Dünger daraus her. Die Herstellung auf herkömmlichem Wege kostet einen Großteil Energie.
Neben den Anwendungen in der Industrie kann Ammoniak auch als Brennstoff, z.B. in Kraftwerken und somit zur Energiegewinnung genutzt werden. Bei der Verbrennung werden jediglich Wasser und Stickstoff frei. Der Stickstoff wird dann zum Teil wieder zur Silanverbrennung verwendet.