Cara Mencairkan Hidrogen

Hidrogen adalah unsur paling melimpah di alam semesta. Terdiri dari satu proton dan satu elektron, itu adalah elemen paling ringan yang diketahui umat manusia – dan karena kemampuannya untuk membawa energi bersama dengan kelimpahannya di Bumi, hidrogen mungkin menjadi kunci untuk daya yang lebih bersih dan lebih efisien Pasokan. Namun, ketika menyangkut tugas menyimpan hidrogen untuk digunakan, ada rintangan yang harus diselesaikan: Hidrogen ada sebagai gas secara default tetapi paling berguna saat disimpan sebagai cairan. Sayangnya, mencairkan hidrogen tidak semudah mengubah uap menjadi air cair. Dibutuhkan lebih banyak pekerjaan untuk membuat hidrogen cair – tetapi metode untuk melakukannya telah ada selama hampir 150 tahun, dan para ilmuwan membuatnya lebih mudah setiap saat.

TL; DR (Terlalu Panjang; Tidak Membaca)

Sementara hidrogen dicairkan terutama untuk menyimpan sejumlah besar elemen sekaligus, hidrogen cair digunakan sebagai kriogenik pendingin, sebagai komponen sel bahan bakar canggih dan sebagai komponen penting bahan bakar yang digunakan untuk menggerakkan mesin luar angkasa engines angkutan. Untuk mencairkan hidrogen, hidrogen harus dibawa ke tekanan kritisnya dan kemudian didinginkan hingga suhu di bawah 33 derajat Kelvin.

Sementara para ilmuwan masih meneliti cara untuk mengubah hidrogen menjadi sumber daya skala besar yang berguna, hidrogen cair digunakan untuk berbagai aplikasi. Yang paling terkenal, NASA dan badan antariksa lainnya menggunakan kombinasi hidrogen cair dan gas lain seperti oksigen dan fluor untuk menggerakkan roket-roket besar – dan di luar atmosfer bumi, hidrogen yang tersimpan dalam bentuk cair digunakan sebagai propelan untuk menggerakkan ruang angkasa kendaraan. Di Bumi, hidrogen cair juga telah digunakan secara luas sebagai pendingin kriogenik dan sebagai komponen sel bahan bakar canggih yang suatu hari nanti dapat menggerakkan mobil, rumah, dan pabrik.

Tidak semua elemen berperilaku sama di bawah kisaran suhu alami, tekanan atmosfer, dan gravitasi Bumi. Air adalah unik karena dapat berpindah antara keadaan padat, cair, dan gas dalam kondisi ini, tetapi besi secara default berbentuk padat – sedangkan hidrogen biasanya berupa gas. Padatan dapat diubah menjadi cairan dan akhirnya gas dengan menerapkan panas sampai elemen mencapai titik leleh dan titik didihnya, dan gas bekerja secara terbalik: Terlepas dari komposisi unsur, gas dapat dicairkan dengan mendinginkannya, berubah menjadi cair pada titik kondensasi dan padat pada titik pembekuan. Untuk menyimpan dan mengangkut hidrogen secara efektif untuk digunakan, elemen gas pertama-tama harus diubah menjadi cairan, tetapi unsur-unsur seperti hidrogen yang ada di Bumi sebagai gas secara default tidak bisa begitu saja didinginkan untuk mengubahnya menjadi cairan. Gas-gas ini harus diberi tekanan terlebih dahulu, untuk menciptakan kondisi dimana unsur cair bisa eksis.

Titik didih hidrogen sangat rendah – hanya di bawah 21 derajat Kelvin (kira-kira -421 derajat Fahrenheit), hidrogen cair akan berubah menjadi gas. Dan karena hidrogen murni sangat mudah terbakar, demi keamanan, langkah pertama untuk mencairkan hidrogen adalah membawanya ke tekanan kritis – intinya di mana, bahkan jika hidrogen berada pada suhu kritisnya (suhu di mana tekanan saja tidak dapat mengubah gas menjadi cair), ia akan dipaksa untuk mencairkan. Hidrogen dipompa melalui serangkaian kondensor, katup throttle dan kompresor untuk membawanya ke tekanan 13 bar, atau kira-kira 13 kali tekanan atmosfer standar Bumi. Sementara ini terjadi, hidrogen didinginkan agar tetap dalam bentuk cairnya.

Sementara hidrogen harus selalu diberi tekanan untuk mempertahankan keadaan cair, proses pendinginannya agar tetap cair bisa berbeda. Unit pendingin kecil dan khusus dapat digunakan, seperti halnya penukar panas yang kuat yang bekerja di samping proses bertekanan. Apapun, gas hidrogen harus dibawa di bawah setidaknya 33 derajat Kelvin (suhu kritis hidrogen) untuk menjadi cair. Suhu ini harus dipertahankan setiap saat untuk memastikan bahwa hidrogen cair tetap dalam bentuk itu; pada suhu di bawah 21 derajat Kelvin, Anda mencapai titik didih hidrogen, dan unsur cair akan mulai kembali ke wujud gasnya. Pemeliharaan suhu dan tekanan inilah yang membuat penyimpanan, pengangkutan, dan penggunaan hidrogen cair menjadi sangat mahal saat ini.