Wodór jest pierwiastkiem najobficiej występującym we wszechświecie. Składający się z jednego protonu i jednego elektronu jest najlżejszym znanym ludzkości pierwiastkiem – a ze względu na jego zdolność do nieść energię wraz z jej obfitością na Ziemi, wodór może być kluczem do czystszego, bardziej wydajnego zasilania Dostawa. Jednak jeśli chodzi o przechowywanie wodoru do użytku, istnieje przeszkoda do usunięcia: wodór domyślnie istnieje jako gaz, ale jest najbardziej przydatny, gdy jest przechowywany w postaci cieczy. Niestety, skraplanie wodoru nie jest tak proste, jak przekształcenie pary w wodę w stanie ciekłym. Wytworzenie ciekłego wodoru wymaga dużo więcej pracy – ale metody na to istnieją od prawie 150 lat, a naukowcy cały czas to ułatwiają.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Podczas gdy wodór jest skraplany głównie w celu przechowywania dużych ilości pierwiastka na raz, ciekły wodór jest używany jako kriogeniczny chłodziwa, jako składnik zaawansowanych ogniw paliwowych i jako krytyczny składnik paliwa używanego do zasilania silników kosmicznych czółenka. Aby skroplić wodór, należy doprowadzić go do krytycznego ciśnienia, a następnie schłodzić do temperatury poniżej 33 stopni Kelvina.
Zastosowania ciekłego wodoru
Podczas gdy naukowcy wciąż badają sposoby na przekształcenie wodoru w użyteczne źródło energii na dużą skalę, ciekły wodór ma wiele zastosowań. Najsłynniejsze, że NASA i inne agencje kosmiczne używają kombinacji ciekłego wodoru i innych gazów, takich jak tlen i fluor, aby fluor napędzać duże rakiety – a poza ziemską atmosferą wodór przechowywany w postaci płynnej jest używany jako paliwo do przemieszczania kosmosu pojazdy. Na Ziemi ciekły wodór znalazł również szerokie zastosowanie jako chłodziwo kriogeniczne oraz jako składnik zaawansowanych ogniw paliwowych, które pewnego dnia mogą zasilać samochody, domy i fabryki.
Zamiana gazu w ciecz
Nie wszystkie pierwiastki zachowują się tak samo w naturalnym zakresie temperatur, ciśnieniu atmosferycznym i grawitacji Ziemi. Woda jest wyjątkowa pod tym względem, że w tych warunkach może przechodzić między stanem stałym, ciekłym i gazowym, ale domyślnie żelazo jest ciałem stałym – podczas gdy wodór jest zwykle gazem. Ciała stałe można zamienić w ciecze, a na końcu w gazy, poddając ciepło do momentu, gdy element osiągnie temperaturę topnienia, a następnie wrzenia, a gazy działają w odwrotnej kolejności: Niezależnie od składu pierwiastkowego, gaz można skroplić przez ochłodzenie, przechodząc w ciecz w punkcie kondensacji i w ciało stałe w punkcie zamrażanie. Aby skutecznie przechowywać i transportować wodór do użytku, pierwiastek gazowy musi najpierw zostać zamieniony w ciecz, ale pierwiastków takich jak wodór, które domyślnie występują na Ziemi jako gazy, nie można po prostu schłodzić, aby przekształcić je w płyny. Te gazy muszą być najpierw pod ciśnieniem, aby stworzyć warunki, w których może istnieć ciekły pierwiastek.
Zbliżanie się do krytycznej presji
Temperatura wrzenia wodoru jest niewiarygodnie niska – przy zaledwie 21 stopniach Kelvina (około -421 stopni Fahrenheita) ciekły wodór zamieni się w gaz. A ponieważ czysty wodór jest niewiarygodnie łatwopalny, ze względów bezpieczeństwa pierwszym krokiem do upłynnienia wodoru jest doprowadzenie go do krytycznego ciśnienia – o to w którym, nawet jeśli wodór ma temperaturę krytyczną (temperaturę, w której samo ciśnienie nie może zamienić gazu w ciecz), będzie zmuszony do stopić. Wodór jest pompowany przez szereg skraplaczy, zaworów dławiących i sprężarek, aby doprowadzić go do ciśnienia 13 barów, czyli około 13-krotności standardowego ciśnienia atmosferycznego Ziemi. W tym czasie wodór jest schładzany, aby utrzymać go w postaci płynnej.
Utrzymywanie chłodu
Chociaż wodór musi być zawsze pod ciśnieniem, aby utrzymać stan ciekły, proces schładzania go w celu utrzymania cieczy może się różnić. Można stosować małe, wyspecjalizowane jednostki chłodzące, podobnie jak wydajne wymienniki ciepła, które działają równolegle z procesem zwiększania ciśnienia. Niezależnie od tego gazowy wodór musi być ogrzany poniżej co najmniej 33 stopni Kelvina (temperatura krytyczna wodoru), aby stał się cieczą. Temperatury te muszą być utrzymywane przez cały czas, aby zapewnić, że ciekły wodór pozostanie w tej postaci; w temperaturze nieco poniżej 21 stopni Kelvina osiąga się punkt wrzenia wodoru, a ciekły pierwiastek zaczyna powracać do stanu gazowego. Takie utrzymywanie temperatury i ciśnienia sprawia, że przechowywanie, transport i używanie ciekłego wodoru jest obecnie tak drogie.