L'hydrogène est l'élément le plus abondant dans l'univers. Composé d'un proton et d'un électron, c'est l'élément le plus léger connu de l'humanité - et en raison de sa capacité à transporter de l'énergie avec son abondance sur Terre, l'hydrogène peut être la clé d'une énergie plus propre et plus efficace la fourniture. Cependant, lorsqu'il s'agit de stocker de l'hydrogène pour utilisation, il y a un obstacle à franchir: l'hydrogène existe sous forme de gaz par défaut mais est plus utile lorsqu'il est stocké sous forme liquide. Malheureusement, liquéfier l'hydrogène n'est pas aussi simple que de transformer la vapeur en eau liquide. Il faut beaucoup plus de travail pour créer de l'hydrogène liquide - mais les méthodes pour le faire existent depuis près de 150 ans, et les scientifiques le rendent toujours plus facile.
TL; DR (trop long; n'a pas lu)
Alors que l'hydrogène est liquéfié principalement pour stocker de grandes quantités de l'élément à la fois, l'hydrogène liquide est utilisé comme cryogénie liquide de refroidissement, en tant que composant des piles à combustible avancées et en tant que composant essentiel du carburant utilisé pour alimenter les moteurs de l'espace navettes. Pour liquéfier l'hydrogène, il doit être amené à sa pression critique puis refroidi à des températures inférieures à 33 degrés Kelvin.
Utilisations de l'hydrogène liquide
Alors que les scientifiques recherchent toujours des moyens de transformer l'hydrogène en une source d'énergie utile à grande échelle, l'hydrogène liquide est utilisé pour une variété d'applications. Plus célèbre encore, la NASA et d'autres agences spatiales utilisent une combinaison d'hydrogène liquide et d'autres gaz comme l'oxygène et le fluor pour alimenter de grandes fusées - et en dehors de l'atmosphère terrestre, l'hydrogène stocké sous forme liquide est utilisé comme propulseur pour déplacer l'espace Véhicules. Sur Terre, l'hydrogène liquide a également été largement utilisé comme liquide de refroidissement cryogénique et comme composant de piles à combustible avancées qui pourraient un jour alimenter des voitures, des maisons et des usines.
Transformer le gaz en liquide
Tous les éléments ne se comportent pas de la même manière dans la plage de température naturelle, la pression atmosphérique et la gravité de la Terre. L'eau est unique en ce sens qu'elle peut basculer entre ses états solide, liquide et gazeux dans ces conditions, mais le fer est solide par défaut – alors que l'hydrogène est normalement gazeux. Les solides peuvent être transformés en liquides et enfin en gaz en appliquant de la chaleur jusqu'à ce que l'élément atteigne son point de fusion puis d'ébullition, et les gaz fonctionnent en sens inverse: Indépendamment de la composition élémentaire, un gaz peut être liquéfié en le refroidissant, devenant liquide au point de condensation et solide au point de gelé. Pour stocker et transporter efficacement l'hydrogène en vue de son utilisation, l'élément gazeux doit d'abord être transformé en liquide, mais des éléments comme l'hydrogène qui existent sur Terre sous forme de gaz par défaut ne peuvent pas simplement être refroidis pour les transformer en liquides. Ces gaz doivent d'abord être pressurisés, pour créer des conditions où l'élément liquide peut exister.
Arriver à une pression critique
Le point d'ébullition de l'hydrogène est incroyablement bas – à un peu moins de 21 degrés Kelvin (environ -421 degrés Fahrenheit), l'hydrogène liquide se transformera en gaz. Et parce que l'hydrogène pur est incroyablement inflammable, pour des raisons de sécurité, la première étape pour liquéfier l'hydrogène est de l'amener à sa pression critique - le point à laquelle, même si l'hydrogène est à sa température critique (la température à laquelle la pression seule ne peut pas transformer un gaz en liquide), il sera obligé de liquéfier. L'hydrogène est pompé à travers une série de condenseurs, de papillons et de compresseurs pour l'amener à sa pression de 13 bars, soit environ 13 fois la pression atmosphérique standard de la Terre. Pendant que cela se produit, l'hydrogène est refroidi pour le maintenir sous sa forme liquide.
Garder les choses au frais
Alors que l'hydrogène doit toujours être sous pression pour maintenir un état liquide, le processus de refroidissement pour le maintenir liquide peut différer. De petites unités de refroidissement spécialisées peuvent être utilisées, tout comme de puissants échangeurs de chaleur qui fonctionnent parallèlement au processus de pressurisation. Quoi qu'il en soit, l'hydrogène gazeux doit être ramené à au moins 33 degrés Kelvin (température critique de l'hydrogène) pour devenir un liquide. Ces températures doivent être maintenues à tout moment afin de s'assurer que l'hydrogène liquide reste sous cette forme; à des températures légèrement inférieures à 21 degrés Kelvin, vous atteignez le point d'ébullition de l'hydrogène et l'élément liquide commencera à revenir à son état gazeux. Ce maintien de la température et de la pression est ce qui rend le stockage, le transport et l'utilisation de l'hydrogène liquide si coûteux à l'heure actuelle.