Hydrogen er det vanligste elementet i universet. Sammensatt av ett proton og ett elektron, er det det letteste elementet som er kjent for menneskeheten - og på grunn av dets evne til å bærer energi sammen med sin overflod på jorden, kan hydrogen være nøkkelen til en renere, mer effektiv kraft forsyning. Men når det gjelder oppgaven med å lagre hydrogen til bruk, er det en hindring å fjerne: Hydrogen eksisterer som en gass som standard, men er mest nyttig når den lagres som en væske. Dessverre er flytende hydrogen ikke så lett som å gjøre damp til flytende vann. Det tar mye mer arbeid å lage flytende hydrogen - men metoder for å gjøre det har eksistert i nesten 150 år, og forskere gjør det lettere hele tiden.
TL; DR (for lang; Leste ikke)
Mens hydrogen hovedsakelig blir flytende for å lagre store mengder av elementet samtidig, brukes flytende hydrogen som kryogen kjølevæske, som en komponent i avanserte brenselceller og som en kritisk komponent i drivstoffet som brukes til å drive motorene i rommet skyttelbuss. For å gjøre væske flytende, må det bringes til sitt kritiske trykk og deretter kjøles ned til temperaturer under 33 grader Kelvin.
Bruk av flytende hydrogen
Mens forskere fremdeles undersøker måter å gjøre hydrogen til en nyttig, storskala kraftkilde, brukes flytende hydrogen til en rekke bruksområder. Mest kjent bruker NASA og andre romfartsorganisasjoner en kombinasjon av flytende hydrogen og andre gasser som oksygen og fluor til driver store raketter - og utenfor jordens atmosfære brukes hydrogen lagret i flytende form som drivmiddel for å flytte rommet kjøretøy. På jorden har flytende hydrogen også funnet utbredt bruk som kryogen kjølevæske og som en komponent i avanserte brenselceller som en dag kan drive biler, hjem og fabrikker.
Sette gass til væske
Ikke alle elementene oppfører seg likt under det naturlige temperaturområdet, jordens atmosfæriske trykk og tyngdekraften. Vann er unikt ved at det kan skifte mellom dets faste, flytende og gassformede tilstander under disse forholdene, men jern er som standard fast - mens hydrogen normalt er gass. Tørrstoffer kan omdannes til væsker og til slutt gasser ved å påføre varme til elementet når smeltepunktet og deretter kokepunktet, og gassene fungerer i omvendt retning: Uavhengig av elementersammensetning, kan en gass flytende ved å avkjøle den, bli til væske ved kondenspunktet og fast ved punktet for frysing. For effektivt å lagre og transportere hydrogen til bruk, må gasselementet først gjøres om til en væske, men elementer som hydrogen som finnes på jorden som gasser som standard, kan ikke bare avkjøles for å gjøre dem om til væsker. Disse gassene må først settes under trykk for å skape forhold der væskeelementet kan eksistere.
Kommer til kritisk trykk
Hydrogens kokepunkt er utrolig lavt - i underkant av 21 grader Kelvin (omtrent -421 grader Fahrenheit) vil flytende hydrogen bli til en gass. Og fordi rent hydrogen er utrolig brannfarlig, er det første trinnet for flytende hydrogen å bringe det til sitt kritiske trykk - poenget selv om hydrogen har den kritiske temperaturen (temperaturen der trykket alene ikke kan gjøre en gass til en væske), vil det bli tvunget til å flytende. Hydrogen pumpes gjennom en serie kondensatorer, gassventiler og kompressorer for å bringe det til et trykk på 13 bar, eller omtrent 13 ganger det vanlige atmosfæretrykket på jorden. Mens dette skjer, avkjøles hydrogenet for å holde det i flytende form.
Holder ting kult
Mens hydrogen alltid må være under trykk for å opprettholde en flytende tilstand, kan prosessen med å kjøle det ned for å holde det flytende variere. Små, spesialiserte kjøleenheter kan brukes, i tillegg til kraftige varmevekslere som fungerer ved siden av trykkprosessen. Uansett må hydrogengassen bringes under minst 33 grader Kelvin (hydrogens kritiske temperatur) for å bli en væske. Disse temperaturene må til enhver tid opprettholdes for å sikre at det flytende hydrogenet forblir i den formen; ved temperaturer i underkant av 21 grader Kelvin, når du kokepunktet for hydrogen, og væskeelementet begynner å gå tilbake til sin gassform. Denne temperatur- og trykkvedlikeholdet er det som gjør lagring, transport og bruk av flytende hydrogen så dyrt for øyeblikket.