El hidrógeno es el elemento más abundante del universo. Compuesto por un protón y un electrón, es el elemento más ligero conocido por la humanidad, y debido a su capacidad para transportar energía junto con su abundancia en la Tierra, el hidrógeno puede ser la clave para una energía más limpia y eficiente suministro. Sin embargo, cuando se trata de la tarea de almacenar hidrógeno para su uso, hay un obstáculo que superar: el hidrógeno existe como gas por defecto, pero es más útil cuando se almacena como líquido. Desafortunadamente, licuar el hidrógeno no es tan fácil como convertir el vapor en agua líquida. Se necesita mucho más trabajo para crear hidrógeno líquido, pero los métodos para hacerlo han existido durante casi 150 años, y los científicos lo están facilitando todo el tiempo.
TL; DR (demasiado largo; No leí)
Mientras que el hidrógeno se licúa principalmente para almacenar grandes cantidades del elemento a la vez, el hidrógeno líquido se usa como criogénico. refrigerante, como componente de pilas de combustible avanzadas y como componente crítico del combustible utilizado para impulsar los motores del espacio lanzaderas. Para licuar el hidrógeno, debe llevarse a su presión crítica y luego enfriarse a temperaturas por debajo de los 33 grados Kelvin.
Usos del hidrógeno líquido
Si bien los científicos todavía están investigando formas de convertir el hidrógeno en una fuente de energía útil a gran escala, el hidrógeno líquido se usa para una variedad de aplicaciones. Lo más famoso es que la NASA y otras agencias espaciales usan una combinación de hidrógeno líquido y otros gases como oxígeno y flúor para impulsan grandes cohetes, y fuera de la atmósfera de la Tierra, el hidrógeno almacenado en forma líquida se utiliza como propulsor para mover el espacio vehículos. En la Tierra, el hidrógeno líquido también ha encontrado un uso generalizado como refrigerante criogénico y como componente de celdas de combustible avanzadas que algún día podrían impulsar automóviles, hogares y fábricas.
Convertir gas en líquido
No todos los elementos se comportan igual bajo el rango de temperatura natural, la presión atmosférica y la gravedad de la Tierra. El agua es única porque puede cambiar entre sus estados sólido, líquido y gaseoso en estas condiciones, pero el hierro es sólido por defecto, mientras que el hidrógeno es normalmente gas. Los sólidos se pueden convertir en líquidos y finalmente en gases aplicando calor hasta que el elemento alcanza su punto de fusión y luego de ebullición, y los gases funcionan a la inversa: Independientemente de la composición elemental, un gas puede licuarse enfriándolo, convirtiéndose en líquido en el punto de condensación y sólido en el punto de condensación. congelación. Para almacenar y transportar de forma eficaz el hidrógeno para su uso, el elemento gaseoso primero debe convertirse en líquido, pero los elementos como el hidrógeno que existen en la Tierra como gases por defecto no pueden simplemente enfriarse para convertirlos en líquidos. Estos gases deben presurizarse primero, para crear condiciones en las que pueda existir el elemento líquido.
Llegar a una presión crítica
El punto de ebullición del hidrógeno es increíblemente bajo: a poco menos de 21 grados Kelvin (aproximadamente -421 grados Fahrenheit), el hidrógeno líquido se convertirá en gas. Y debido a que el hidrógeno puro es increíblemente inflamable, por razones de seguridad, el primer paso para licuar el hidrógeno es llevarlo a su presión crítica: el punto a la cual, incluso si el hidrógeno está a su temperatura crítica (la temperatura a la que la presión por sí sola no puede convertir un gas en líquido), se verá obligado a licuar. El hidrógeno se bombea a través de una serie de condensadores, válvulas de mariposa y compresores para llevarlo a su presión de 13 bar, o aproximadamente 13 veces la presión atmosférica estándar de la Tierra. Mientras esto ocurre, el hidrógeno se enfría para mantenerlo en su forma líquida.
Manteniendo las cosas frescas
Si bien el hidrógeno siempre debe estar presurizado para mantener un estado líquido, el proceso de enfriarlo para mantenerlo líquido puede diferir. Se pueden utilizar unidades de refrigeración pequeñas y especializadas, al igual que potentes intercambiadores de calor que funcionan junto con el proceso de presurización. Independientemente, el gas hidrógeno debe llevarse por debajo de al menos 33 grados Kelvin (la temperatura crítica del hidrógeno) para convertirse en líquido. Estas temperaturas deben mantenerse en todo momento para asegurar que el hidrógeno líquido permanezca en esa forma; a temperaturas poco menos de 21 grados Kelvin, se alcanza el punto de ebullición del hidrógeno y el elemento líquido comenzará a volver a su estado gaseoso. Este mantenimiento de la temperatura y la presión es lo que hace que el almacenamiento, el transporte y el uso de hidrógeno líquido sean tan caros en este momento.