Como Liquefazer o Hidrogênio

O hidrogênio é o elemento mais abundante do universo. Composto por um próton e um elétron, é o elemento mais leve conhecido pela humanidade - e devido à sua capacidade de carregam energia junto com sua abundância na Terra, o hidrogênio pode ser a chave para uma energia mais limpa e eficiente fornecem. No entanto, quando se trata da tarefa de armazenar hidrogênio para uso, há um obstáculo a ser superado: o hidrogênio existe como gás por padrão, mas é mais útil quando armazenado como líquido. Infelizmente, liquefazer o hidrogênio não é tão fácil quanto transformar o vapor em água líquida. É preciso muito mais trabalho para criar o hidrogênio líquido - mas os métodos para fazer isso existem há quase 150 anos e os cientistas estão tornando isso mais fácil o tempo todo.

TL; DR (muito longo; Não li)

Enquanto o hidrogênio é liquefeito principalmente para armazenar grandes quantidades do elemento de uma só vez, o hidrogênio líquido é usado como criogênico refrigerante, como um componente de células de combustível avançadas e como um componente crítico do combustível usado para alimentar os motores do espaço transportador. Para liquefazer o hidrogênio, ele deve ser levado à pressão crítica e então resfriado a temperaturas abaixo de 33 graus Kelvin.

Enquanto os cientistas ainda estão pesquisando maneiras de transformar o hidrogênio em uma fonte de energia útil em grande escala, o hidrogênio líquido é usado para uma variedade de aplicações. O mais famoso é que a NASA e outras agências espaciais usam uma combinação de hidrogênio líquido e outros gases como oxigênio e flúor para alimentar grandes foguetes - e fora da atmosfera da Terra, o hidrogênio armazenado na forma líquida é usado como propelente para mover o espaço veículos. Na Terra, o hidrogênio líquido também foi amplamente utilizado como refrigerante criogênico e como componente de células de combustível avançadas que podem um dia abastecer carros, casas e fábricas.

Nem todos os elementos se comportam da mesma forma sob a faixa natural de temperatura, pressão atmosférica e gravidade da Terra. A água é o único que pode mudar entre seus estados sólido, líquido e gasoso sob essas condições, mas o ferro é sólido por padrão - enquanto o hidrogênio é normalmente gás. Os sólidos podem ser transformados em líquidos e, finalmente, em gases, aplicando calor até que o elemento atinja seu ponto de fusão e ebulição, e os gases funcionem ao contrário: Independentemente da composição elementar, um gás pode ser liquefeito por resfriamento, transformando-se em líquido no ponto de condensação e sólido no ponto de congelando. Para armazenar e transportar efetivamente o hidrogênio para uso, o elemento gasoso deve primeiro ser transformado em um líquido, mas elementos como o hidrogênio que existem na Terra como gases por padrão não podem ser resfriados para transformá-los líquidos. Esses gases devem ser pressurizados primeiro, para criar condições onde o elemento líquido possa existir.

O ponto de ebulição do hidrogênio é incrivelmente baixo - a pouco menos de 21 graus Kelvin (cerca de -421 graus Fahrenheit), o hidrogênio líquido se transforma em gás. E como o hidrogênio puro é incrivelmente inflamável, por motivos de segurança, o primeiro passo para liquefazer o hidrogênio é trazê-lo à sua pressão crítica - o ponto na qual, mesmo se o hidrogênio estiver em sua temperatura crítica (a temperatura na qual a pressão sozinha não pode transformar um gás em um líquido), ele será forçado a liquefazer. O hidrogênio é bombeado através de uma série de condensadores, válvulas borboleta e compressores para trazê-lo à pressão de 13 bar, ou cerca de 13 vezes a pressão atmosférica padrão da Terra. Enquanto isso ocorre, o hidrogênio está sendo resfriado para mantê-lo em sua forma líquida.

Enquanto o hidrogênio deve sempre ser pressurizado para manter um estado líquido, o processo de resfriamento para mantê-lo líquido pode ser diferente. Podem ser usadas unidades de resfriamento pequenas e especializadas, assim como trocadores de calor poderosos que funcionam junto com o processo de pressurização. Independentemente disso, o gás hidrogênio deve ser levado abaixo de pelo menos 33 graus Kelvin (temperatura crítica do hidrogênio) para se tornar um líquido. Essas temperaturas devem ser mantidas em todos os momentos para garantir que o hidrogênio líquido permaneça nessa forma; em temperaturas abaixo de 21 graus Kelvin, você atinge o ponto de ebulição do hidrogênio, e o elemento líquido começará a retornar ao seu estado gasoso. Essa manutenção de temperatura e pressão é o que torna o armazenamento, o transporte e o uso do hidrogênio líquido tão caro no momento.