Kako ukapiti vodik

Vodik je najrasprostranjeniji element u svemiru. Sastoji se od jednog protona i jednog elektrona, najlakši je element čovječanstvu poznat - i zbog svoje sposobnosti da noseći energiju zajedno s obiljem na Zemlji, vodik može biti ključ za čistiju i učinkovitiju energiju Opskrba. Međutim, što se tiče zadatka skladištenja vodika za upotrebu, postoji prepreka: Vodik po zadanom postoji kao plin, ali je najkorisniji kad se skladišti u tekućini. Nažalost, ukapljivanje vodika nije tako lako kao pretvaranje pare u tekuću vodu. Za stvaranje tekućeg vodika potrebno je puno više rada, ali metode za to postoje gotovo 150 godina, a znanstvenici to sve vrijeme čine lakšima.

TL; DR (predugo; Nisam pročitao)

Dok se vodik ukapljuje prvenstveno za pohranu velike količine elementa odjednom, tekući vodik koristi se kao kriogeni rashladna tekućina, kao komponenta naprednih gorivih ćelija i kao kritična komponenta goriva koja se koristi za pogon svemirskih motora šatlove. Da bi se ukapljivao vodik, mora se dovesti do kritičnog tlaka, a zatim ohladiti na temperature ispod 33 stupnja Kelvina.

Dok znanstvenici još uvijek istražuju načine kako pretvoriti vodik u koristan, velik izvor energije, tekući vodik koristi se za razne primjene. Najpoznatije je što NASA i druge svemirske agencije koriste kombinaciju tekućeg vodika i drugih plinova poput kisika i fluora napaja velike rakete - a izvan Zemljine atmosfere vodik pohranjen u tekućem obliku koristi se kao pogonsko gorivo za kretanje svemirom vozila. Na Zemlji je tekući vodik također našao široku primjenu kao kriogena rashladna tekućina i kao komponenta naprednih gorivih ćelija koje će jednog dana moći pokretati automobile, domove i tvornice.

Ne ponašaju se svi elementi jednako u prirodnom rasponu temperatura, atmosferskom tlaku i gravitaciji Zemlje. Voda je jedinstvena po tome što se u tim uvjetima može prebacivati ​​između svog čvrstog, tekućeg i plinovitog stanja, ali željezo je prema zadanim postavkama kruto - dok je vodik obično plin. Čvrste tvari mogu se pretvoriti u tekućine i konačno plinove primjenom topline dok element ne dosegne točku topljenja, a zatim vrenja, a plinovi rade obrnuto: Bez obzira na elementarni sastav, plin se može ukapiti hlađenjem, pretvarajući se u tekućinu na mjestu kondenzacije i u krutinu na mjestu smrzavanje. Da bi se učinkovito skladištio i transportirao vodik za upotrebu, plinoviti element prvo se mora pretvoriti u tekućinu, ali elementi poput vodika koji na Zemlji postoje kao plinovi prema zadanim postavkama ne mogu se samo ohladiti da bi se pretvorili u njih tekućine. Ti plinovi moraju prvo biti pod tlakom kako bi se stvorili uvjeti u kojima tekući element može postojati.

Tačka ključanja vodika nevjerojatno je niska - na nešto manje od 21 stupanj Kelvina (otprilike -421 stupnjeva Fahrenheita), tekući vodik pretvorit će se u plin. A budući da je čisti vodik nevjerojatno zapaljiv, iz sigurnosnih razloga prvi korak do ukapljivanja vodika je dovesti ga do kritičnog tlaka - poanta na kojoj će, čak i ako je vodik na svojoj kritičnoj temperaturi (temperatura na kojoj sam tlak ne može pretvoriti plin u tekućinu), biti prisiljen rastopiti. Vodik se pumpa kroz niz kondenzatora, prigušnih ventila i kompresora kako bi se doveo do tlaka od 13 bara ili približno 13 puta više od standardnog atmosferskog tlaka Zemlje. Dok se to događa, vodik se hladi kako bi ga zadržao u tekućem obliku.

Iako vodik uvijek mora biti pod pritiskom da bi se održalo tekuće stanje, postupak hlađenja da bi se zadržao u tekućini može se razlikovati. Mogu se koristiti male, specijalizirane rashladne jedinice, kao i moćni izmjenjivači topline koji rade zajedno s postupkom tlačenja. Bez obzira na to, plinoviti vodik mora biti podveden pod najmanje 33 stupnja Kelvina (kritična temperatura vodika) da bi postao tekućina. Te se temperature moraju održavati cijelo vrijeme kako bi se osiguralo da tekući vodik ostane u tom obliku; na temperaturama nešto ispod 21 stupanj Kelvina, dosegnete vrelište vodika i tekući će se element početi vraćati u svoje plinovito stanje. Ovo održavanje temperature i tlaka ono je što trenutno skladištenje, transport i upotrebu tekućeg vodika čini tako skupim.