Sådan flydes brint

Brint er det mest almindelige element i universet. Sammensat af en proton og en elektron, er det det letteste element, menneskeheden kender - og på grund af dets evne til at bærer energi sammen med sin overflod på Jorden, kan brint være nøglen til en renere og mere effektiv kraft levere. Men når det kommer til opgaven med at opbevare brint til brug, er der en forhindring at fjerne: Brint findes som en gas som standard, men er mest nyttigt, når det opbevares som en væske. Desværre er flydende brint ikke så let som at omdanne damp til flydende vand. Det tager meget mere arbejde at skabe flydende brint - men metoder til at gøre det har eksisteret i næsten 150 år, og forskere gør det lettere hele tiden.

TL; DR (for lang; Har ikke læst)

Mens hydrogen primært flydes for at lagre store mængder af elementet på én gang, anvendes flydende hydrogen som kryogent kølemiddel, som en komponent i avancerede brændselsceller og som en kritisk komponent i det brændstof, der bruges til at drive motorerne i rummet pendulkørsler. For at flydende brint skal flydes, skal det bringes til sit kritiske tryk og derefter afkøles til temperaturer under 33 grader Kelvin.

Mens forskere stadig undersøger måder at gøre brint til en nyttig, storskala strømkilde, anvendes flydende brint til en række anvendelser. Mest berømt bruger NASA og andre rumorganisationer en kombination af flydende brint og andre gasser som ilt og fluor til driver store raketter - og uden for Jordens atmosfære bruges brint, der er lagret i flydende form, som drivmiddel til at flytte rummet køretøjer. På Jorden har flydende brint også fundet udbredt anvendelse som et kryogent kølemiddel og som en komponent i avancerede brændselsceller, der en dag kan drive biler, hjem og fabrikker.

Ikke alle elementer opfører sig ens under det naturlige temperaturområde, atmosfæriske tryk og tyngdekraften på jorden. Vand er unikt, fordi det kan skifte mellem dets faste, flydende og gasformige tilstande under disse forhold, men jern er som standard fast - hvorimod brint normalt er gas. Faste stoffer kan omdannes til væsker og til sidst gasser ved at påføre varme, indtil elementet når sit smeltepunkt og derefter kogepunkt, og gasser fungerer omvendt: Uanset grundstofsammensætning kan en gas flydes ved at afkøle den, dreje til væske ved kondensationsstedet og fast ved punktet for fryser. For effektivt at opbevare og transportere brint til brug skal det gasformige element først omdannes til en væske, men grundstoffer som brint, der som standard findes på jorden som gasser, kan ikke bare afkøles for at gøre dem til væsker. Disse gasser skal først være under tryk for at skabe betingelser, hvor det flydende element kan eksistere.

Brintets kogepunkt er utroligt lavt - ved lige under 21 grader Kelvin (ca. -421 grader Fahrenheit) bliver flydende brint til en gas. Og fordi rent brint er utroligt brandfarligt, er sikkerheds skyld det første skridt til at flydende brint er at bringe det til sit kritiske tryk - pointen hvor, selvom brint har sin kritiske temperatur (den temperatur, hvor tryk alene ikke kan omdanne en gas til en væske), vil det blive tvunget til flydende. Brint pumpes gennem en række kondensatorer, gasspjældsventiler og kompressorer for at bringe det til sit tryk på 13 bar eller omtrent 13 gange det normale atmosfæriske tryk fra jorden. Mens dette sker, afkøles brintet for at holde det i sin flydende form.

Mens brint altid skal være under tryk for at opretholde en flydende tilstand, kan processen med at afkøle det for at holde det i en væske variere. Små specialiserede køleenheder kan bruges, ligesom kraftige varmevekslere kan arbejde sammen med trykbehandlingsprocessen. Uanset hvad skal brintgassen bringes under mindst 33 grader Kelvin (brintets kritiske temperatur) for at blive en væske. Disse temperaturer skal til enhver tid opretholdes for at sikre, at det flydende brint forbliver i den form; ved temperaturer lige under 21 grader Kelvin når du brintkogepunktet, og det flydende element begynder at vende tilbage til dets gasformige tilstand. Denne vedligeholdelse af temperatur og tryk er det, der gør opbevaring, transport og brug af flydende brint så dyrt i øjeblikket.