Водород - самый распространенный элемент во Вселенной. Состоящий из одного протона и одного электрона, это самый легкий элемент, известный человечеству, и благодаря своей способности несут энергию вместе с его изобилием на Земле, водород может быть ключом к более чистой и эффективной энергии поставлять. Однако когда дело доходит до хранения водорода для использования, необходимо устранить препятствие: водород существует в виде газа по умолчанию, но наиболее полезен при хранении в виде жидкости. К сожалению, сжижение водорода не так просто, как превращение пара в жидкую воду. Для создания жидкого водорода требуется гораздо больше работы, но методы для этого существуют уже почти 150 лет, и ученые все время упрощают его.
TL; DR (слишком длинный; Не читал)
В то время как водород сжижается в основном для одновременного хранения большого количества элемента, жидкий водород используется в качестве криогенного вещества. хладагент, как компонент усовершенствованных топливных элементов и как критический компонент топлива, используемого для питания космических двигателей. шаттлы. Чтобы сжижить водород, его необходимо довести до критического давления, а затем охладить до температуры ниже 33 градусов Кельвина.
Использование жидкого водорода
В то время как ученые все еще исследуют способы превратить водород в полезный крупномасштабный источник энергии, жидкий водород используется для различных целей. Наиболее известно, что НАСА и другие космические агентства используют комбинацию жидкого водорода и других газов, таких как кислород и фтор, для приводят в действие большие ракеты, а за пределами атмосферы Земли водород, хранящийся в жидкой форме, используется в качестве топлива для перемещения в космос транспортных средств. На Земле жидкий водород также нашел широкое применение в качестве криогенного хладагента и в качестве компонента усовершенствованных топливных элементов, которые однажды могут привести в действие автомобили, дома и фабрики.
Превращение газа в жидкость
Не все элементы ведут себя одинаково в естественном диапазоне температур, атмосферного давления и силы тяжести Земли. Вода уникальна тем, что в этих условиях она может переключаться между твердым, жидким и газообразным состояниями, но железо по умолчанию является твердым, тогда как водород обычно является газом. Твердые тела можно превратить в жидкости и, наконец, в газы, применяя тепло, пока элемент не достигнет точки плавления, а затем и точки кипения, а газы работают в обратном порядке: Независимо от элементного состава, газ можно сжижать, охлаждая его, превращаясь в жидкость в точке конденсации и твердую фазу в точке конденсации. замораживание. Чтобы эффективно хранить и транспортировать водород для использования, газообразный элемент необходимо сначала превратить в жидкость, но такие элементы, как водород, которые существуют на Земле в виде газов по умолчанию, не могут быть просто охлаждены, чтобы превратить их в жидкости. Эти газы должны быть сначала сжаты, чтобы создать условия, при которых может существовать жидкий элемент.
Подходя к критическому давлению
Температура кипения водорода невероятно низкая - чуть ниже 21 градуса Кельвина (примерно -421 градуса по Фаренгейту) жидкий водород превратится в газ. А поскольку чистый водород невероятно легко воспламеняется, в целях безопасности первым шагом к сжижению водорода является его критическое давление - суть при которой, даже если водород достигает своей критической температуры (температуры, при которой одно только давление не может превратить газ в жидкость), он будет вынужден разжижать. Водород прокачивается через серию конденсаторов, дроссельных заслонок и компрессоров, чтобы довести его до давления 13 бар, что примерно в 13 раз превышает стандартное атмосферное давление Земли. Пока это происходит, водород охлаждается, чтобы сохранить его в жидкой форме.
Сохраняя спокойствие
Хотя водород всегда должен находиться под давлением, чтобы поддерживать жидкое состояние, процесс его охлаждения для сохранения жидкого состояния может отличаться. Могут использоваться небольшие специализированные охлаждающие устройства, а также мощные теплообменники, работающие параллельно с процессом повышения давления. Тем не менее, водородный газ должен быть доведен до температуры не менее 33 градусов Кельвина (критическая температура водорода), чтобы стать жидкостью. Эти температуры должны поддерживаться постоянно, чтобы жидкий водород оставался в этой форме; при температуре чуть ниже 21 градуса Кельвина вы достигнете точки кипения водорода, и жидкий элемент начнет возвращаться в свое газообразное состояние. Такое поддержание температуры и давления делает хранение, транспортировку и использование жидкого водорода настолько дорогостоящим в настоящее время.