Development and Testing of Innovative Catalytic Beds for Hydrogen Peroxide Decomposition in Space Propulsive Applications

L'argomento principale di questa tesi ha interessato l'indagine sperimentale di letti catalitici avanzati per la decomposizione del perossido d'idrogeno e il loro utilizzo in prototipi monopropellente e bipropellente a media e bassa spinta. Due congurazioni alternative di letto catalitico sono state sviluppate seguendo didifferenti preparative e successivamente provate in reali condizioni operative all'interno di prototipi di motore monopropellente e bipropellente. Essi rappresentano il risultato finale di un'attivita di ricerca e sviluppo durata tre anni la quale è stata focalizzata sullo sviluppo di un catalizzatore efficiente, durevole e affidabile per la decomposizione del perossido. Uno dei notevoli raggiungimenti di questo lavoro riguarda la prima applicazione documentata di un catalizzatore Platino-Cerio-Zirconio nella reazione di decomposizione dell'H2O2. Tale catalizzatore è ampiamente usato nell'industria automobilistica nei catalizzatori a tre vie, tuttavia il suo potenziale per applicazioni propulsive non è stato finora valutato. Per entrambe i letti catalitici, il supporto della specie attiva (principalmente platino metallico) è composto da allumina in diverse fasi cristalline. Essendo un materiale ceramico fragile ed altamente poroso, i requisiti contrastanti di elevata area superciale e resistenza a shock termico hanno rappresentato due aspetti critici da arontare. Al ne di raggiungere un com- promesso fra elevata attività e resistenza termomeccanica, le tecniche di preparazione e la caratterizzazione sperimentale sono state adattate per ottimizzare tali proprietà del catalizzatore. Le prove preliminari di attività e di shock termico hanno permesso di identicare e impiegare i catalizzatori più efficienti per la decomposizione di perossido ad alto titolo. Tra di questi è signicativo menzionare il campione CZ-11-600 il quale è composto da uno strato sottile di ossidi di Cerio e Zirconio. Tale miscela ha il duplice scopo di sfruttare la capacità del cerio di immagazzinare l'ossigeno al fine di proteggere il platino dall'azione ossidante e contemporaneamente aumentare la resistenza del supporto ai carichi termo-meccanici.