Kuidas vedeldada vesinikku

Vesinik on universumi kõige arvukam element. Koosnedes ühest prootonist ja ühest elektronist, on see inimkonnale teadaolevalt kõige kergem element - ja tänu oma võimele kannavad energiat koos selle arvukusega Maal, vesinik võib olla puhtama ja tõhusama energia võti pakkumine. Mis puutub vesiniku kasutamiseks ladustamisse, siis tuleb kõrvaldada takistus: vesinik on vaikimisi olemas gaasina, kuid on kõige kasulikum vedelana ladustamisel. Kahjuks pole vesiniku vedeldamine nii lihtne kui auru muutmine vedelaks veeks. Vedel vesiniku loomine võtab palju rohkem tööd - kuid meetodid selleks on olemas juba ligi 150 aastat ja teadlased muudavad selle kogu aeg lihtsamaks.

TL; DR (liiga pikk; Ei lugenud)

Kui vesinik veeldatakse peamiselt suure elemendi korraga hoidmiseks, siis krüogeensena kasutatakse vedelat vesinikku jahutusvedelik, täiustatud kütuseelementide ja kosmosemootorite käitamiseks kasutatava kütuse kriitilise komponendina süstikud. Vesiniku veeldamiseks tuleb see viia kriitilisele rõhule ja seejärel jahutada temperatuurini alla 33 Kelvini kraadi.

Kui teadlased alles uurivad võimalusi vesiniku muutmiseks kasulikuks ja suuremahuliseks jõuallikaks, kasutatakse vedelat vesinikku mitmetes rakendustes. Kõige kuulsam on see, et NASA ja teised kosmoseagentuurid kasutavad vedela vesiniku ja muude gaaside, näiteks hapniku ja fluori kombinatsiooni suurte rakettide käitamine - ja väljaspool Maa atmosfääri kasutatakse vedelikul kujul ladustatud vesinikku propellendina ruumi liikumiseks sõidukid. Maal on vedel vesinik leidnud laialdast kasutamist ka krüogeense jahutusvedelikuna ning kõrgtehnoloogiliste kütuseelementide komponendina, mis võib ühel päeval toita autosid, kodusid ja tehaseid.

Kõik looduslikud temperatuurivahemikud, atmosfäärirõhk ja Maa raskusjõud ei käitu kõik elemendid ühtemoodi. Vesi on ainulaadne selle poolest, et sellistes tingimustes võib see muutuda tahke, vedeliku ja gaasilise oleku vahel, kuid raud on vaikimisi tahke - vesinik on tavaliselt gaas. Tahkeid aineid saab muuta vedelaks ja lõpuks gaasideks kuumutades, kuni element saavutab sulamis- ja keemistemperatuuri ning gaasid töötavad vastupidises suunas: Hoolimata elementaarsest koostisest saab gaasi veeldades jahutada, muutudes kondenseerumise hetkel vedelaks ja tahke külmumine. Vesiniku tõhusaks ladustamiseks ja transportimiseks tuleb gaasiline element kõigepealt muuta vedelaks, kuid selliseid elemente nagu vesinik, mis on Maal vaikimisi gaasidena, ei saa nende muutmiseks lihtsalt jahutada vedelikud. Kõnealused gaasid tuleb kõigepealt survestada, et luua tingimused vedeliku olemasolu jaoks.

Vesiniku keemistemperatuur on uskumatult madal - veidi alla 21 Kelvini kraadi (umbes -421 kraadi Fahrenheiti) muutub vedel vesinik gaasiks. Kuna puhas vesinik on uskumatult tuleohtlik, on ohutuse huvides vesiniku veeldamise esimene samm viia selle kriitilise rõhuni - punkt isegi siis, kui vesinik on kriitilisel temperatuuril (temperatuur, mille juures ainult rõhk ei saa gaasi vedelaks muuta), on see sunnitud vedelema. Vesinik pumbatakse läbi mitmete kondensaatorite, drosselklappide ja kompressorite seeria, et viia see rõhuni 13 baari ehk umbes 13 korda suurem kui Maa atmosfäärirõhk. Sel ajal vesinikku jahutatakse, et hoida seda vedelal kujul.

Kui vedela oleku säilitamiseks peab vesinik alati olema rõhu all, võib selle jahutamise protsess vedeliku säilitamiseks erineda. Kasutada saab väikeseid spetsialiseeritud jahutusseadmeid, nagu ka võimsaid soojusvaheteid, mis töötavad survestamisprotsessi kõrval. Sõltumata sellest, tuleb vesinikgaas vedelikuks saamiseks viia vähemalt 33 Kelvini kraadini (vesiniku kriitiline temperatuur). Neid temperatuure tuleb pidevalt hoida, et tagada vedela vesiniku püsimine sellisel kujul; temperatuuril, mis on veidi alla 21 Kelvini kraadi, jõuate vesiniku keemistemperatuurini ja vedel element hakkab naasma gaasilisse olekusse. See temperatuuri ja rõhu säilitamine muudab vedela vesiniku säilitamise, transportimise ja kasutamise praegu nii kalliks.