Vodík je nejhojnějším prvkem ve vesmíru. Skládá se z jednoho protonu a jednoho elektronu a je to nejlehčí prvek, jaký lidstvo zná - a to díky své schopnosti nést energii spolu s její hojností na Zemi, vodík může být klíčem k čistší a efektivnější energii zásobování. Pokud však jde o úkol skladování vodíku pro použití, je třeba překonat překážku: Vodík ve výchozím nastavení existuje jako plyn, ale je nejužitečnější, pokud je skladován jako kapalina. Zkapalnění vodíku bohužel není tak snadné jako přeměna páry na kapalnou vodu. Výroba tekutého vodíku vyžaduje mnohem více práce - ale metody k tomu existují již téměř 150 let a vědci to neustále usnadňují.
TL; DR (příliš dlouhý; Nečetl)
Zatímco vodík se zkapalňuje primárně k ukládání velkého množství prvku najednou, kapalný vodík se používá jako kryogenní chladicí kapalina, jako součást vyspělých palivových článků a jako kritická složka paliva používaného k pohonu vesmírných motorů raketoplány. Ke zkapalnění vodíku musí být uveden na kritický tlak a poté ochlazen na teplotu pod 33 stupňů Kelvina.
Použití kapalného vodíku
Zatímco vědci stále zkoumají způsoby, jak přeměnit vodík na užitečný zdroj energie ve velkém měřítku, kapalný vodík se používá pro různé aplikace. Nejslavněji NASA a další vesmírné agentury používají kombinaci kapalného vodíku a dalších plynů, jako je kyslík a fluor pohánět velké rakety - a mimo zemskou atmosféru se vodík uložený v kapalné formě používá jako pohonná hmota pro pohyb vesmíru vozidla. Na Zemi našel kapalný vodík také široké použití jako kryogenní chladivo a jako součást moderních palivových článků, které mohou jednoho dne pohánět automobily, domy a továrny.
Proměna plynu na kapalinu
Ne všechny prvky se chovají stejně při přirozeném teplotním rozsahu, atmosférickém tlaku a gravitaci Země. Voda je jedinečná v tom, že se za těchto podmínek může pohybovat mezi svým pevným, kapalným a plynným stavem, ale železo je standardně pevné - zatímco vodík je obvykle plyn. Pevné látky lze přeměnit na kapaliny a nakonec na plyny působením tepla, dokud prvek nedosáhne svého bodu tání a poté bodu varu, a plyny pracují opačně: Bez ohledu na elementární složení lze plyn zkapalnit jeho ochlazením, přeměnou na kapalinu v místě kondenzace a pevnou v bodě zmrazení. Aby bylo možné efektivně skladovat a přepravovat vodík pro použití, musí být plynný prvek nejprve přeměněn na kapalinu, ale prvky jako vodík, které na Zemi existují jako plyny, nelze standardně jen ochladit, aby se z nich staly kapaliny. Tyto plyny musí být nejprve pod tlakem, aby se vytvořily podmínky, kde může existovat kapalný prvek.
Kritický tlak
Bod varu vodíku je neuvěřitelně nízký - při necelých 21 stupních Kelvina (zhruba -421 stupňů Fahrenheita) se kapalný vodík změní na plyn. A protože čistý vodík je neuvěřitelně hořlavý, je z bezpečnostních důvodů prvním krokem ke zkapalnění vodíku jeho dosažení kritického tlaku - bod při které, i když je vodík na své kritické teplotě (teplota, při které samotný tlak nemůže přeměnit plyn na kapalinu), bude nucen zkapalnit. Vodík je čerpán řadou kondenzátorů, škrticích ventilů a kompresorů, aby dosáhl tlaku 13 barů, což je zhruba třináctinásobek standardního atmosférického tlaku Země. I když k tomu dojde, vodík se ochlazuje, aby zůstal v kapalné formě.
Udržet věci v pohodě
Zatímco pro udržení kapalného stavu musí být vodík vždy pod tlakem, proces jeho ochlazení, aby zůstal kapalný, se může lišit. Lze použít malé specializované chladicí jednotky, stejně jako výkonné tepelné výměníky, které pracují společně s procesem natlakování. Bez ohledu na to musí být plynný vodík přiveden pod teplotu nejméně 33 stupňů Kelvina (kritická teplota vodíku), aby se z něj stala kapalina. Tyto teploty musí být neustále udržovány, aby se zajistilo, že kapalný vodík zůstane v této formě; při teplotách těsně pod 21 stupňů Kelvina dosáhnete bodu varu vodíku a kapalný prvek se začne vracet do plynného stavu. Tato udržování teploty a tlaku v současné době činí skladování, přepravu a používání kapalného vodíku tak nákladným.