Ūdeņradis ir visplašāk izplatītais elements Visumā. Sastāv no viena protona un viena elektrona, tas ir vieglākais cilvēcei zināmais elements - un pateicoties savai spējai pārvadāt enerģiju kopā ar tās bagātību uz Zemes, ūdeņradis var būt tīrākas, efektīvākas enerģijas atslēga piegādi. Tomēr, runājot par ūdeņraža uzglabāšanu lietošanai, ir jāattīra šķērslis: pēc noklusējuma ūdeņradis pastāv kā gāze, bet ir visnoderīgākais, ja to uzglabā kā šķidrumu. Diemžēl ūdeņraža sašķidrināšana nav tik vienkārša kā tvaika pārvēršana šķidrā ūdenī. Lai izveidotu šķidru ūdeņradi, nepieciešams daudz vairāk darba, taču metodes, kā to izdarīt, pastāv jau gandrīz 150 gadus, un zinātnieki to visu laiku atvieglo.
TL; DR (pārāk ilgi; Nelasīju)
Kamēr ūdeņradi galvenokārt sašķidrina, lai vienlaikus uzglabātu lielu elementa daudzumu, šķidro ūdeņradi izmanto kā kriogēnu dzesēšanas šķidrums kā modernu kurināmā elementu sastāvdaļa un kā kritiska degvielas sastāvdaļa, ko izmanto kosmosa dzinēju darbināšanai vilcieniem. Lai sašķidrinātu ūdeņradi, tas jāsasniedz līdz kritiskajam spiedienam un pēc tam jāatdzesē līdz temperatūrai zem 33 grādiem Kelvina.
Lieto šķidro ūdeņradi
Kamēr zinātnieki joprojām pēta veidus, kā ūdeņradi pārvērst par noderīgu, liela mēroga enerģijas avotu, šķidro ūdeņradi izmanto dažādām vajadzībām. Visslavenākais ir tas, ka NASA un citas kosmosa aģentūras izmanto šķidrā ūdeņraža un citu gāzu, piemēram, skābekļa un fluora, kombināciju darbina lielas raķetes - un ārpus Zemes atmosfēras ūdeņradis, kas uzkrāts šķidrā veidā, tiek izmantots kā propelents kosmosa pārvietošanai transportlīdzekļiem. Uz Zemes šķidrais ūdeņradis ir plaši izmantots arī kā kriogēns dzesēšanas šķidrums un kā modernu degvielas elementu sastāvdaļa, kas kādu dienu var darbināt automašīnas, mājas un rūpnīcas.
Gāzes pārvēršana par šķidrumu
Ne visi elementi dabiskajā temperatūras diapazonā, atmosfēras spiedienā un Zemes gravitācijā izturas vienādi. Ūdens ir unikāls ar to, ka šajos apstākļos tas var pāriet starp cieto, šķidro un gāzveida stāvokli, bet pēc noklusējuma dzelzs ir ciets - turpretī ūdeņradis parasti ir gāze. Cietās vielas var pārvērst šķidrumos un, visbeidzot, gāzēs, uzklājot siltumu, līdz elements sasniedz kušanas un pēc tam viršanas temperatūru, un gāzes darbojas pretēji: Neatkarīgi no elementa sastāva, gāzi var sašķidrināt, to atdzesējot, kondensācijas vietā pārvēršoties par šķidrumu un izplūdes vietā - par cietu. sasalšana. Lai efektīvi uzglabātu un transportētu ūdeņradi lietošanai, gāzveida elements vispirms jāpārvērš šķidrumā, bet tādus elementus kā ūdeņradis, kas pēc noklusējuma pastāv uz Zemes kā gāzes, nevar vienkārši atdzesēt, lai tos pārvērstu šķidrumi. Vispirms šīm gāzēm jābūt zem spiediena, lai radītu apstākļus, kur var pastāvēt šķidrais elements.
Nonākot pie kritiskā spiediena
Ūdeņraža viršanas temperatūra ir neticami zema - nedaudz zem 21 grāda Kelvina (aptuveni -421 grādi pēc Fārenheita) šķidrais ūdeņradis pārvērtīsies par gāzi. Tā kā tīrs ūdeņradis ir neticami viegli uzliesmojošs, drošības labad pirmais solis ūdeņraža sašķidrināšanā ir panākt tā kritisko spiedienu - punktu pie kuras, pat ja ūdeņradis ir kritiskajā temperatūrā (temperatūra, kurā spiediens vien nevar gāzi pārvērst šķidrumā), tas būs spiests sašķidrināt. Ūdeņradis tiek sūknēts caur virkni kondensatoru, droseļvārstu un kompresoru, lai to sasniegtu līdz 13 bāru spiedienam jeb aptuveni 13 reizes lielākam par Zemes standarta atmosfēras spiedienu. Kamēr tas notiek, ūdeņradis tiek atdzesēts, lai saglabātu to šķidrā veidā.
Uzturot lietas atdzist
Kaut arī ūdeņradim vienmēr jābūt zem spiediena, lai uzturētu šķidru stāvokli, tā atdzesēšanas process, lai tas būtu šķidrs, var atšķirties. Var izmantot mazas, specializētas dzesēšanas iekārtas, kā arī jaudīgus siltummaiņus, kas darbojas līdzās spiediena paaugstināšanas procesam. Neatkarīgi no tā, ūdeņraža gāzei jābūt zemākai par vismaz 33 grādiem Kelvina (ūdeņraža kritiskā temperatūra), lai tā kļūtu par šķidrumu. Šīs temperatūras vienmēr jāuztur, lai nodrošinātu šķidrā ūdeņraža saglabāšanos šajā formā; temperatūrā, kas nedaudz zem 21 grāda Kelvina, jūs sasniedzat ūdeņraža viršanas temperatūru, un šķidrais elements sāks atgriezties gāzveida stāvoklī. Šī temperatūras un spiediena uzturēšana padara šķidrā ūdeņraža uzglabāšanu, transportēšanu un lietošanu tik dārgu šobrīd.