수소는 우주에서 가장 풍부한 원소입니다. 하나의 양성자와 하나의 전자로 구성되어 있으며 인류에게 알려진 가장 가벼운 원소입니다. 에너지를 지구상에서 풍부하게 운반하면 수소가 더 깨끗하고 효율적인 전력의 열쇠가 될 수 있습니다 공급. 그러나 사용을 위해 수소를 저장하는 작업과 관련하여 해결해야 할 장애물이 있습니다. 수소는 기본적으로 가스로 존재하지만 액체로 저장할 때 가장 유용합니다. 불행히도 수소를 액화시키는 것은 증기를 액체로 바꾸는 것만 큼 쉽지 않습니다. 액체 수소를 만드는 데는 훨씬 더 많은 작업이 필요하지만 그렇게하는 방법은 거의 150 년 동안 존재 해 왔으며 과학자들은이를 항상 쉽게 만들고 있습니다.
TL; DR (너무 김; 읽지 않음)
수소는 주로 한 번에 많은 양의 원소를 저장하기 위해 액화되지만 액체 수소는 극저온으로 사용됩니다. 냉각수, 첨단 연료 전지의 구성 요소이자 우주 엔진에 동력을 공급하는 데 사용되는 연료의 핵심 구성 요소 셔틀. 수소를 액화하려면 임계 압력에 도달 한 다음 켈빈 33도 이하의 온도로 냉각시켜야합니다.
액체 수소 사용
과학자들은 수소를 유용한 대규모 전원으로 바꾸는 방법을 여전히 연구하고 있지만 액체 수소는 다양한 응용 분야에 사용됩니다. 가장 유명한 것은 NASA 및 기타 우주 기관은 액체 수소와 산소 및 불소와 같은 기타 가스의 조합을 사용하여 대형 로켓에 동력을 공급합니다. 지구 대기 밖에서 액체 형태로 저장된 수소는 우주를 이동하는 추진 제로 사용됩니다. 차량. 지구상에서 액체 수소는 초저온 냉각수로 널리 사용되고 있으며 언젠가는 자동차, 가정 및 공장에 동력을 공급할 수있는 첨단 연료 전지의 구성 요소로도 널리 사용되고 있습니다.
가스를 액체로 전환
자연 온도 범위, 대기압 및 지구의 중력에서 모든 요소가 동일하게 행동하는 것은 아닙니다. 물은 이러한 조건에서 고체, 액체 및 기체 상태 사이를 이동할 수 있다는 점에서 독특하지만 철은 기본적으로 고체 인 반면 수소는 일반적으로 기체입니다. 고체는 원소가 녹고 비등점에 도달 할 때까지 열을 가하여 액체와 마지막으로 기체로 바꿀 수 있으며 기체는 역으로 작동합니다. 원소 조성에 관계없이 가스는 냉각하여 액화 할 수 있으며, 응축 지점에서는 액체로, 지점에서는 고체로 변합니다. 동결. 사용을 위해 수소를 효과적으로 저장하고 수송하려면 먼저 기체 원소를 액체로 전환해야합니다. 그러나 기본적으로 가스로 지구에 존재하는 수소와 같은 원소는 냉각되어 액체. 이러한 가스는 액체 요소가 존재할 수있는 조건을 생성하기 위해 먼저 가압되어야합니다.
심각한 압력에 직면
수소의 끓는점은 매우 낮습니다. 켈빈 21도 (약 화씨 -421도) 미만에서는 액체 수소가 기체로 바뀝니다. 순수한 수소는 가연성이 매우 높기 때문에 안전을 위해 수소를 액화하는 첫 번째 단계는 임계 압력에 도달하는 것입니다. 수소가 임계 온도 (압력만으로는 기체를 액체로 바꿀 수없는 온도)에 있더라도 녹이다. 수소는 일련의 응축기, 스로틀 밸브 및 압축기를 통해 펌핑되어 13 bar의 압력 또는 지구 표준 대기압의 약 13 배가됩니다. 이것이 발생하는 동안 수소는 액체 형태로 유지하기 위해 냉각됩니다.
시원하게 유지
수소는 항상 액체 상태를 유지하기 위해 가압되어야하지만 액체 상태를 유지하기 위해 냉각하는 과정은 다를 수 있습니다. 가압 프로세스와 함께 작동하는 강력한 열교환 기와 마찬가지로 작고 특수한 냉각 장치를 사용할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 수소 가스는 액체가 되려면 최소 33 켈빈 (수소의 임계 온도) 이하로 가져와야합니다. 이러한 온도는 액체 수소가 그 형태로 유지되도록 항상 유지되어야합니다. 켈빈 21도 이하의 온도에서는 수소 비등점에 도달하고 액체 원소는 기체 상태로 돌아 가기 시작합니다. 이러한 온도 및 압력 유지는 현재 액체 수소의 저장, 운반 및 사용을 매우 비싸게 만드는 요인입니다.