Hidrogenul este cel mai abundent element din univers. Compus dintr-un proton și un electron, este cel mai ușor element cunoscut omenirii - și datorită capacității sale de a transportă energie împreună cu abundența sa pe Pământ, hidrogenul poate fi cheia unei energii mai curate și mai eficiente livra. Cu toate acestea, atunci când vine vorba de sarcina de stocare a hidrogenului pentru utilizare, există un obstacol de eliminat: hidrogenul există ca gaz în mod implicit, dar este cel mai util atunci când este stocat ca lichid. Din păcate, lichefierea hidrogenului nu este la fel de ușoară ca transformarea aburului în apă lichidă. Este nevoie de mult mai multă muncă pentru a crea hidrogen lichid - dar metode pentru a face acest lucru există de aproape 150 de ani, iar oamenii de știință îl fac tot mai ușor.
TL; DR (Prea lung; Nu am citit)
În timp ce hidrogenul este lichefiat în primul rând pentru a stoca cantități mari de element simultan, hidrogenul lichid este folosit ca criogen agent de răcire, ca componentă a celulelor de combustibil avansate și ca componentă critică a combustibilului utilizat pentru alimentarea motoarelor spațiului navete. Pentru a lichefia hidrogenul, acesta trebuie adus la presiunea sa critică și apoi răcit la temperaturi sub 33 grade Kelvin.
Utilizări de hidrogen lichid
În timp ce oamenii de știință încă cercetează modalități de a transforma hidrogenul într-o sursă de energie utilă, la scară largă, hidrogenul lichid este utilizat pentru o varietate de aplicații. Cel mai faimos, NASA și alte agenții spațiale folosesc o combinație de hidrogen lichid și alte gaze, cum ar fi oxigenul și fluorul alimentează rachete mari - și în afara atmosferei Pământului, hidrogenul stocat sub formă lichidă este folosit ca propulsor pentru a muta spațiul vehicule. Pe Pământ, hidrogenul lichid a găsit, de asemenea, o utilizare pe scară largă ca agent de răcire criogenic și ca componentă a pilelor de combustibil avansate care ar putea într-o zi alimenta mașini, case și fabrici.
Transformarea gazului în lichid
Nu toate elementele se comportă la fel în intervalul natural de temperatură, presiunea atmosferică și gravitația Pământului. Apa este unică prin faptul că se poate schimba între stările sale solide, lichide și gazoase în aceste condiții, dar fierul este solid în mod implicit - în timp ce hidrogenul este în mod normal gaz. Solidele pot fi transformate în lichide și în final gaze prin aplicarea căldurii până când elementul atinge punctul de topire și apoi punctul de fierbere, iar gazele funcționează invers: Indiferent de compoziția elementară, un gaz poate fi lichefiat prin răcirea acestuia, transformându-se în lichid în punctul de condensare și solid în punctul de congelare. Pentru a depozita și transporta eficient hidrogenul pentru utilizare, elementul gazos trebuie transformat mai întâi într-un lichid, dar elemente precum hidrogenul care există pe Pământ ca gaze în mod implicit nu pot fi doar răcite pentru a le transforma lichide. Aceste gaze trebuie mai întâi presurate, pentru a crea condiții în care poate exista elementul lichid.
Venind la presiune critică
Punctul de fierbere al hidrogenului este incredibil de scăzut - la puțin sub 21 grade Kelvin (aproximativ -421 grade Fahrenheit), hidrogenul lichid se va transforma într-un gaz. Și pentru că hidrogenul pur este incredibil de inflamabil, din motive de siguranță, primul pas către lichefierea hidrogenului este aducerea acestuia la presiunea sa critică - punctul la care, chiar dacă hidrogenul este la temperatura sa critică (temperatura la care presiunea singură nu poate transforma un gaz într-un lichid), va fi forțat să lichefia. Hidrogenul este pompat printr-o serie de condensatoare, supape de accelerație și compresoare pentru a-l aduce la presiunea sa de 13 bari, sau de aproximativ 13 ori presiunea atmosferică standard a Pământului. În timp ce se întâmplă acest lucru, hidrogenul este răcit pentru a-l menține sub formă lichidă.
Păstrarea lucrurilor la rece
În timp ce hidrogenul trebuie întotdeauna presurizat pentru a menține o stare lichidă, procesul de răcire pentru a menține lichidul poate diferi. Pot fi utilizate unități de răcire mici, specializate, la fel și schimbătoarele de căldură puternice care funcționează alături de procesul de presurizare. Indiferent, hidrogenul gazos trebuie adus sub cel puțin 33 de grade Kelvin (temperatura critică a hidrogenului) pentru a deveni un lichid. Aceste temperaturi trebuie menținute în permanență pentru a se asigura că hidrogenul lichid rămâne în această formă; la temperaturi puțin sub 21 de grade Kelvin, ajungeți la punctul de fierbere al hidrogenului, iar elementul lichid va începe să revină la starea sa gazoasă. Această menținere a temperaturii și a presiunii este ceea ce face ca stocarea, transportul și utilizarea hidrogenului lichid să fie atât de costisitoare în acest moment.