Hogyan lehet cseppfolyósítani a hidrogént

A hidrogén a leggyakoribb elem az univerzumban. Egy protonból és egy elektronból áll, ez a legkönnyebb elem, amelyet az emberiség ismer - és képessége miatt energiát hordoz a Földön található bőségével együtt, a hidrogén lehet a tisztább, hatékonyabb energia kulcsa kínálat. Ami azonban a hidrogén felhasználási célú tárolását illeti, meg kell szüntetni egy akadályt: A hidrogén alapértelmezés szerint gázként létezik, de a folyadékként tárolva a leghasznosabb. Sajnos a hidrogén cseppfolyósítása nem olyan egyszerű, mint a gőz folyékony vízzé alakítása. Sokkal több munkára van szükség a folyékony hidrogén létrehozásához - de ennek módszerei már közel 150 éve léteznek, és a tudósok ezt folyamatosan megkönnyítik.

TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)

Míg a hidrogént elsősorban az elem nagy mennyiségének egyszerre történő tárolására cseppfolyósítják, kriogénként folyékony hidrogént használnak hűtőfolyadék, a fejlett üzemanyagcellák és az űr motorjainak meghajtására használt üzemanyag kritikus összetevőjeként transzferek. A hidrogén cseppfolyósításához kritikus nyomására kell hozni, majd 33 Kelvin fok alatti hőmérsékletre kell hűteni.

Míg a tudósok még mindig kutatják, hogyan lehet a hidrogént hasznos, nagyszabású áramforrássá alakítani, a folyékony hidrogént számos alkalmazáshoz használják. Leghíresebb, hogy a NASA és más űrügynökségek folyékony hidrogén és más gázok, például oxigén és fluor kombinációját használják nagy rakéták működtetése - és a Föld légkörén kívül a folyékony formában tárolt hidrogént hajtóanyagként használják az űr mozgatásához járművek. A Földön a folyékony hidrogén széles körben elterjedt kriogén hűtőfolyadékként és fejlett üzemanyagcellák részeként is, amelyek egy napon gépkocsikat, otthonokat és gyárakat működtethetnek.

Nem minden elem viselkedik egyformán a Föld természetes hőmérsékleti tartományában, légköri nyomásában és gravitációjában. A víz egyedülálló abban a tekintetben, hogy ilyen körülmények között képes váltani szilárd, folyékony és gáz halmazállapota között, de a vas alapértelmezés szerint szilárd - míg a hidrogén általában gáz. A szilárd anyagokat hő alkalmazásával folyadékokká és végül gázokká alakíthatjuk, amíg az elem el nem éri az olvadáspontját, majd a forráspontját, és a gázok fordítva működnek: Az elemi összetételtől függetlenül a gáz hűtésével cseppfolyósítható, a kondenzációs pontban folyadékká válik, a fagyasztó. A hidrogén hatékony tárolásához és szállításához a gázelemet először folyadékká kell alakítani, de a Földön alapértelmezés szerint gázként létező elemeket, mint például a hidrogént, nem lehet csak úgy lehűteni, hogy azokká váljanak folyadékok. Ezeket a gázokat először nyomás alá kell helyezni, hogy olyan körülményeket teremtsenek, ahol a folyékony elem létezhet.

A hidrogén forráspontja hihetetlenül alacsony - alig 21 Kelvin fok (nagyjából -421 Fahrenheit fok) alatt a folyékony hidrogén gázzá válik. Mivel a tiszta hidrogén hihetetlenül tűzveszélyes, a biztonság érdekében a hidrogén cseppfolyósításának első lépése a kritikus nyomás elérése - a lényeg amelynél, még akkor is, ha a hidrogén a kritikus hőmérsékleten van (az a hőmérséklet, amelynél a nyomás önmagában nem képes folyékony folyadékká alakítani a gázt), arra kényszerül, hogy felenged. A hidrogént kondenzátorok, fojtószelepek és kompresszorok sorozatán keresztül szivattyúzzák át, hogy a nyomása 13 bar-ot, vagyis a Föld normál légköri nyomásának körülbelül 13-szorosát érje el. Amíg ez bekövetkezik, a hidrogént hűtik, hogy folyékony formában maradjon.

Míg a hidrogént mindig nyomás alatt kell tartani a folyékony állapot fenntartása érdekében, a folyadék megőrzésének folyamata lehűlési folyamata eltérhet. Kicsi, speciális hűtőegységek használhatók, csakúgy, mint a nagy nyomású hőcserélők, amelyek a nyomás alá helyezési folyamat mellett működnek. Ettől függetlenül a hidrogéngázt legalább 33 Kelvin fok alá kell csökkenteni (a hidrogén kritikus hőmérséklete), hogy folyékony legyen. Ezeket a hőmérsékleteket folyamatosan fenn kell tartani annak biztosítása érdekében, hogy a folyékony hidrogén ebben a formában maradjon; alig 21 Kelvin fok alatti hőmérsékleten eléri a hidrogén forráspontját, és a folyékony elem elkezd visszatérni gázállapotába. Ez a hőmérséklet- és nyomástartás az, ami jelenleg olyan drága a folyékony hidrogén tárolását, szállítását és felhasználását.