วิธีการทำให้ไฮโดรเจนเป็นของเหลว

ไฮโดรเจนเป็นธาตุที่มีมากที่สุดในจักรวาล ประกอบด้วยโปรตอนหนึ่งตัวและอิเล็กตรอนหนึ่งตัว เป็นธาตุที่เบาที่สุดที่มนุษย์รู้จัก และเนื่องมาจากความสามารถในการ นำพลังงานพร้อมกับความอุดมสมบูรณ์บนโลก ไฮโดรเจนอาจเป็นกุญแจสู่พลังงานที่สะอาดและมีประสิทธิภาพมากขึ้น more จัดหา. อย่างไรก็ตาม เมื่อเป็นเรื่องของการจัดเก็บไฮโดรเจนเพื่อใช้งาน มีอุปสรรคที่ต้องกำจัด: ไฮโดรเจนมีอยู่ในรูปของก๊าซโดยค่าเริ่มต้น แต่จะมีประโยชน์มากที่สุดเมื่อเก็บเป็นของเหลว น่าเสียดายที่การทำให้ไฮโดรเจนเหลวไม่ง่ายเท่ากับการเปลี่ยนไอน้ำให้เป็นน้ำของเหลว การสร้างไฮโดรเจนเหลวต้องใช้เวลาทำงานมากขึ้น แต่วิธีการดังกล่าวมีมาเกือบ 150 ปีแล้ว และนักวิทยาศาสตร์ก็ทำให้ง่ายขึ้นตลอดเวลา

ทีแอล; DR (ยาวเกินไป; ไม่ได้อ่าน)

ในขณะที่ไฮโดรเจนถูกทำให้เป็นของเหลวในขั้นต้นเพื่อเก็บองค์ประกอบจำนวนมากในคราวเดียว ไฮโดรเจนเหลวถูกใช้เป็นไครโอเจนิกส์ น้ำหล่อเย็นเป็นส่วนประกอบของเซลล์เชื้อเพลิงขั้นสูงและเป็นส่วนประกอบสำคัญของเชื้อเพลิงที่ใช้ขับเคลื่อนเครื่องยนต์ของอวกาศ รถรับส่ง ในการทำให้ไฮโดรเจนเป็นของเหลว จะต้องทำให้ความดันวิกฤตและเย็นลงที่อุณหภูมิต่ำกว่า 33 องศาเคลวิน

ในขณะที่นักวิทยาศาสตร์ยังคงค้นคว้าวิธีเปลี่ยนไฮโดรเจนให้เป็นแหล่งพลังงานขนาดใหญ่ที่มีประโยชน์ แต่ไฮโดรเจนเหลวก็ถูกนำมาใช้เพื่อการใช้งานที่หลากหลาย ที่โด่งดังที่สุด NASA และหน่วยงานด้านอวกาศอื่น ๆ ใช้ไฮโดรเจนเหลวและก๊าซอื่น ๆ เช่นออกซิเจนและฟลูออรีนร่วมกันเพื่อ ขับเคลื่อนจรวดขนาดใหญ่ – และนอกชั้นบรรยากาศของโลก ไฮโดรเจนที่เก็บไว้ในรูปของเหลวถูกใช้เป็นตัวขับเคลื่อนในการเคลื่อนตัวในอวกาศ ยานพาหนะ บนโลก ไฮโดรเจนเหลวยังพบว่ามีการใช้อย่างแพร่หลายในฐานะสารหล่อเย็นที่อุณหภูมิต่ำและเป็นส่วนประกอบของเซลล์เชื้อเพลิงขั้นสูงที่อาจใช้ขับเคลื่อนรถยนต์ บ้าน และโรงงานในวันหนึ่ง

ธาตุทั้งหมดไม่ได้ทำงานเหมือนกันภายใต้ช่วงอุณหภูมิธรรมชาติ ความกดอากาศ และความโน้มถ่วงของโลก น้ำมีความพิเศษตรงที่สามารถเปลี่ยนสถานะของแข็ง ของเหลว และก๊าซได้ภายใต้สภาวะเหล่านี้ แต่เหล็กเป็นของแข็งโดยปริยาย ในขณะที่ไฮโดรเจนมักเป็นก๊าซ ของแข็งสามารถเปลี่ยนเป็นของเหลวและในที่สุดก็กลายเป็นก๊าซโดยการใช้ความร้อนจนกว่าองค์ประกอบจะถึงจุดหลอมเหลวและจุดเดือด จากนั้นก๊าซจะทำงานในทางกลับกัน: โดยไม่คำนึงถึงองค์ประกอบองค์ประกอบ ก๊าซสามารถทำให้เป็นของเหลวได้โดยการทำให้เย็นลง กลายเป็นของเหลวที่จุดควบแน่นและกลายเป็นของแข็งที่จุด การแช่แข็ง ในการจัดเก็บและขนส่งไฮโดรเจนอย่างมีประสิทธิภาพก่อนอื่น องค์ประกอบของก๊าซจะต้องเปลี่ยนเป็นของเหลวก่อน แต่ธาตุอย่างไฮโดรเจนที่มีอยู่บนโลกเป็นก๊าซโดยปริยายไม่สามารถทำให้เย็นลงเพื่อเปลี่ยนเป็น .ได้ ของเหลว ก๊าซเหล่านี้ต้องได้รับแรงดันก่อน เพื่อสร้างสภาวะที่องค์ประกอบของเหลวสามารถดำรงอยู่ได้

จุดเดือดของไฮโดรเจนต่ำอย่างไม่น่าเชื่อ ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 21 องศาเคลวิน (ประมาณ -421 องศาฟาเรนไฮต์) ไฮโดรเจนเหลวจะกลายเป็นก๊าซ และเนื่องจากไฮโดรเจนบริสุทธิ์นั้นติดไฟได้อย่างไม่น่าเชื่อ เพื่อความปลอดภัย ขั้นตอนแรกในการทำให้ไฮโดรเจนเป็นของเหลวคือการทำให้เกิดแรงดันวิกฤต – ประเด็น ซึ่งแม้ว่าไฮโดรเจนจะอยู่ที่อุณหภูมิวิกฤต (อุณหภูมิที่ความดันเพียงอย่างเดียวไม่สามารถเปลี่ยนก๊าซให้เป็นของเหลวได้) ก็จะถูกบังคับให้ ทำให้เป็นของเหลว ไฮโดรเจนถูกสูบผ่านชุดคอนเดนเซอร์ วาล์วปีกผีเสื้อ และคอมเพรสเซอร์ เพื่อให้แรงดันถึง 13 บาร์ หรือประมาณ 13 เท่าของความดันบรรยากาศมาตรฐานของโลก ในขณะที่สิ่งนี้เกิดขึ้น ไฮโดรเจนจะถูกทำให้เย็นลงเพื่อให้อยู่ในรูปของเหลว

แม้ว่าไฮโดรเจนจะต้องได้รับแรงดันเสมอเพื่อรักษาสถานะของเหลว กระบวนการทำให้เย็นลงเพื่อให้เป็นของเหลวอาจแตกต่างกัน สามารถใช้หน่วยทำความเย็นขนาดเล็กพิเศษได้ เช่นเดียวกับเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนที่ทรงพลังซึ่งทำงานควบคู่ไปกับกระบวนการเพิ่มแรงดัน ไม่ว่าก๊าซไฮโดรเจนจะต้องถูกนำไปที่อุณหภูมิอย่างน้อย 33 องศาเคลวิน (อุณหภูมิวิกฤตของไฮโดรเจน) เพื่อให้กลายเป็นของเหลว ต้องรักษาอุณหภูมิเหล่านี้ตลอดเวลาเพื่อให้แน่ใจว่าไฮโดรเจนเหลวอยู่ในรูปแบบนั้น ที่อุณหภูมิต่ำกว่า 21 องศาเคลวิน คุณถึงจุดเดือดของไฮโดรเจน และองค์ประกอบของเหลวจะเริ่มกลับสู่สถานะก๊าซ การบำรุงรักษาอุณหภูมิและความดันนี้เป็นสิ่งที่ทำให้การจัดเก็บ ขนส่ง และการใช้ไฮโดรเจนเหลวมีราคาแพงมากในขณะนี้