كيفية تسييل الهيدروجين

الهيدروجين هو العنصر الأكثر وفرة في الكون. يتكون من بروتون واحد وإلكترون واحد ، وهو أخف عنصر عرفته البشرية - وبسبب قدرته على تحمل الطاقة مع وفرتها على الأرض ، فقد يكون الهيدروجين هو المفتاح للحصول على طاقة أنظف وأكثر كفاءة يتبرع. ومع ذلك ، عندما يتعلق الأمر بمهمة تخزين الهيدروجين للاستخدام ، فهناك عقبة يجب إزالتها: يوجد الهيدروجين كغاز افتراضيًا ولكنه يكون أكثر فائدة عند تخزينه كسائل. لسوء الحظ ، فإن تسييل الهيدروجين ليس سهلاً مثل تحويل البخار إلى ماء سائل. يتطلب الأمر الكثير من العمل لإنتاج الهيدروجين السائل - لكن طرق القيام بذلك موجودة منذ ما يقرب من 150 عامًا ، والعلماء يجعلون الأمر أسهل طوال الوقت.

TL ؛ DR (طويل جدًا ؛ لم أقرأ)

بينما يتم تسييل الهيدروجين بشكل أساسي لتخزين كميات كبيرة من العنصر مرة واحدة ، يتم استخدام الهيدروجين السائل كمبرد المبرد ، كمكون لخلايا الوقود المتقدمة وكمكون حاسم للوقود المستخدم لتشغيل محركات الفضاء المكوكات. لتسييل الهيدروجين ، يجب وضعه في ضغطه الحرج ثم تبريده إلى درجات حرارة أقل من 33 درجة كلفن.

بينما لا يزال العلماء يبحثون عن طرق لتحويل الهيدروجين إلى مصدر طاقة مفيد وواسع النطاق ، يتم استخدام الهيدروجين السائل في مجموعة متنوعة من التطبيقات. الأكثر شهرة ، ناسا ووكالات الفضاء الأخرى تستخدم مزيجًا من الهيدروجين السائل والغازات الأخرى مثل الأكسجين والفلور قوة الصواريخ الكبيرة - وخارج الغلاف الجوي للأرض ، يستخدم الهيدروجين المخزن في شكل سائل كوقود دافع لتحريك الفضاء مركبات. على الأرض ، وجد الهيدروجين السائل أيضًا استخدامًا واسع النطاق كمبرد مبرد وكمكون لخلايا الوقود المتقدمة التي قد تعمل يومًا ما على تشغيل السيارات والمنازل والمصانع.

لا تتصرف جميع العناصر بالطريقة نفسها في ظل نطاق درجة الحرارة الطبيعية والضغط الجوي وجاذبية الأرض. الماء فريد من نوعه من حيث أنه يمكن أن ينتقل بين حالته الصلبة والسائلة والغازية في ظل هذه الظروف ، لكن الحديد يكون صلبًا افتراضيًا - بينما الهيدروجين هو غاز طبيعي. يمكن تحويل المواد الصلبة إلى سوائل وأخيراً غازات عن طريق تسخينها حتى يصل العنصر إلى نقطة الانصهار ثم الغليان ، وتعمل الغازات في الاتجاه المعاكس: بغض النظر عن التكوين الأولي للغاز ، يمكن تسييله عن طريق تبريده ، وتحويله إلى سائل عند نقطة التكاثف والصلب عند نقطة التكاثف. تجميد. لتخزين ونقل الهيدروجين بشكل فعال للاستخدام ، يجب أولاً تحويل العنصر الغازي إلى سائل ، لكن عناصر مثل الهيدروجين الموجودة على الأرض كغازات بشكل افتراضي لا يمكن فقط تبريدها لتحويلها إلى السوائل. يجب أن يتم ضغط هذه الغازات أولاً ، لتهيئة الظروف التي يمكن أن يتواجد فيها العنصر السائل.

درجة غليان الهيدروجين منخفضة بشكل لا يصدق - عند أقل من 21 درجة كلفن (حوالي -421 درجة فهرنهايت) ، سيتحول الهيدروجين السائل إلى غاز. ولأن الهيدروجين النقي قابل للاشتعال بشكل لا يصدق ، فإن الخطوة الأولى لإسالة الهيدروجين هي جعله يصل إلى ضغطه الحرج ، وذلك من أجل السلامة. التي عندها ، حتى لو كان الهيدروجين في درجة حرارته الحرجة (درجة الحرارة التي عندها لا يستطيع الضغط وحده تحويل الغاز إلى سائل) ، فإنه سيضطر إلى سائل. يُضخ الهيدروجين عبر سلسلة من المكثفات وصمامات الخانق والضواغط لتصل إلى ضغط 13 بارًا ، أو ما يقرب من 13 ضعف الضغط الجوي القياسي للأرض. أثناء حدوث ذلك ، يتم تبريد الهيدروجين لإبقائه في شكله السائل.

بينما يجب دائمًا ضغط الهيدروجين للحفاظ على الحالة السائلة ، يمكن أن تختلف عملية تبريده لإبقائه سائلاً. يمكن استخدام وحدات تبريد صغيرة ومتخصصة ، وكذلك المبادلات الحرارية القوية التي تعمل جنبًا إلى جنب مع عملية الضغط. بغض النظر ، يجب أن يتم خفض غاز الهيدروجين إلى ما لا يقل عن 33 درجة كلفن (درجة حرارة الهيدروجين الحرجة) ليصبح سائلًا. يجب الحفاظ على درجات الحرارة هذه في جميع الأوقات لضمان بقاء الهيدروجين السائل على هذا الشكل ؛ عند درجات حرارة أقل بقليل من 21 درجة كلفن ، تصل إلى نقطة غليان الهيدروجين ، وسيبدأ العنصر السائل في العودة إلى حالته الغازية. إن الحفاظ على درجة الحرارة والضغط هو ما يجعل تخزين ونقل واستخدام الهيدروجين السائل مكلفًا للغاية في الوقت الحالي.