水素を液化する方法

水素は宇宙で最も豊富な元素です。 1つの陽子と1つの電子で構成されており、人類に知られている最も軽い元素です。 地球上に豊富にあるエネルギーとともにエネルギーを運ぶ水素は、よりクリーンでより効率的な電力の鍵となる可能性があります 供給。 ただし、使用する水素を貯蔵する作業に関しては、クリアするハードルがあります。水素はデフォルトで気体として存在しますが、液体として貯蔵する場合に最も役立ちます。 残念ながら、水素の液化は蒸気を液体の水に変えるほど簡単ではありません。 液体水素を作るにはもっと多くの作業が必要ですが、その方法は150年近く前から存在しており、科学者たちは常にそれを簡単にしています。

TL; DR（長すぎる; 読んでいない）

水素は主に一度に大量の元素を貯蔵するために液化されますが、液体水素は極低温として使用されます 高度な燃料電池のコンポーネントとして、および宇宙のエンジンに動力を供給するために使用される燃料の重要なコンポーネントとしての冷却剤 シャトル。 水素を液化するには、水素を臨界圧力にしてから、33ケルビン未満の温度に冷却する必要があります。

科学者たちは水素を有用で大規模な電源に変える方法をまだ研究していますが、液体水素はさまざまな用途に使用されています。 最も有名なのは、NASAやその他の宇宙機関が、液体水素と酸素やフッ素などの他のガスの組み合わせを使用して、 大型ロケットに動力を供給する–そして地球の大気圏外では、液体の形で貯蔵された水素が宇宙を動かす推進剤として使用されます 車両。 地球上では、液体水素は極低温冷却剤として、またいつか自動車、家庭、工場に電力を供給する可能性のある高度な燃料電池のコンポーネントとしても広く使用されています。

地球の自然の温度範囲、大気圧、重力の下で、すべての要素が同じように動作するわけではありません。 水は、これらの条件下で固体、液体、気体の状態を切り替えることができるという点で独特ですが、鉄はデフォルトで固体ですが、水素は通常気体です。 固体は、要素がその融点に達してから沸点に達するまで熱を加えることによって液体に、そして最後に気体に変えることができ、気体は逆に機能します。 元素組成に関係なく、ガスは冷却することで液化でき、凝縮点で液体になり、凝縮点で固体になります。 凍結。 使用する水素を効果的に貯蔵および輸送するには、最初に気体要素を液体に変える必要があります。 しかし、デフォルトでガスとして地球上に存在する水素のような元素は、それらを変えるために単に冷却することはできません 液体。 液体要素が存在できる条件を作成するには、これらのガスを最初に加圧する必要があります。

水素の沸点は信じられないほど低く、21度ケルビン（華氏約-421度）をわずかに下回ると、液体水素は気体に変わります。 また、純粋な水素は非常に可燃性であるため、安全のために、水素を液化するための最初のステップは、水素を臨界圧力にすることです。 水素が臨界温度（圧力だけでは気体を液体に変えることができない温度）にある場合でも、水素は強制的に液体になります。 液化する。 水素は、一連のコンデンサー、スロットルバルブ、およびコンプレッサーを介してポンプで送られ、13バールの圧力、つまり地球の標準大気圧の約13倍になります。 これが発生している間、水素は液体の形を保つために冷却されています。

水素は常に液体状態を維持するために加圧する必要がありますが、水素を冷却して液体を維持するプロセスは異なる場合があります。 加圧プロセスと並行して機能する強力な熱交換器と同様に、小型の特殊な冷却ユニットを使用できます。 とにかく、液体になるには、水素ガスを少なくとも33ケルビン（水素の臨界温度）以下にする必要があります。 液体水素がその形にとどまるようにするために、これらの温度は常に維持されなければなりません。 ケルビン21度をわずかに下回る温度では、水素の沸点に達し、液体要素は気体状態に戻り始めます。 この温度と圧力の維持が、現時点で液体水素の貯蔵、輸送、使用を非常に高価にしている理由です。