Conţinut
- TL; DR (Prea lung; nu a citit)
- Utilizări de hidrogen lichid
- Întoarcerea gazului în lichid
- Ajungând la presiunea critică
- Menținerea lucrurilor la rece
Hidrogenul este elementul cel mai abundent din univers. Compus dintr-un proton și un electron, este cel mai ușor element cunoscut omenirii - și datorită capacității sale de a transporta energie împreună cu abundența sa pe Pământ, hidrogenul poate fi cheia unei surse de energie mai curate și mai eficiente. Cu toate acestea, atunci când vine vorba de stocarea hidrogenului pentru utilizare, există un obstacol de curățat: Hidrogenul există ca gaz implicit, dar este cel mai util atunci când este depozitat ca un lichid. Din păcate, lichefierea hidrogenului nu este la fel de ușoară precum transformarea aburului în apă lichidă. Este nevoie de mult mai multă muncă pentru a crea hidrogen lichid - dar metodele în acest sens există de aproape 150 de ani, iar oamenii de știință fac acest lucru mai ușor tot timpul.
TL; DR (Prea lung; nu a citit)
În timp ce hidrogenul este lichefiat în principal pentru a stoca cantități mari de element simultan, hidrogenul lichid este utilizat ca lichid de răcire criogenic, ca o componentă a celulelor avansate de combustibil și ca o componentă critică a combustibilului utilizat pentru alimentarea motoarelor navetei spațiale. Pentru a lichefia hidrogenul, trebuie adus la presiunea 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, pe 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, pentru a alimenta rachete mari - iar în afara atmosferei Pământului, hidrogenul depozitat în formă lichidă este folosit ca propulsor pentru a deplasa vehicule spațiale. Pe Pământ, hidrogenul lichid a găsit, de asemenea, o utilizare pe scară largă ca lichid de răcire criogenic și ca o componentă a pilelor de combustibil avansate care pot alimenta într-o zi mașini, case și fabrici.
Întoarcerea gazului în lichid
Nu toate elementele se comportă la fel sub gama naturală de temperatură, presiunea atmosferică și gravitatea Pământului. Apa este unică prin faptul că se poate schimba între stările sale solide, lichide și gazoase în aceste condiții, dar, în mod implicit, fierul este solid - în timp ce hidrogenul este în mod normal gaz. Solidele pot fi transformate în lichide și în final gaze, aplicând căldură până când elementul atinge punctul de topire și apoi fierbe, iar gazele funcționează invers: Indiferent de compoziția elementară, un gaz poate fi lichefiat prin răcirea acestuia, transformându-se în lichid la punctul de condensare și solid în punctul de îngheț. Pentru stocarea și transportarea eficientă a hidrogenului pentru utilizare, elementul gazos trebuie mai întâi transformat într-un lichid, dar elementele precum hidrogenul care există pe Pământ ca gaze implicit nu pot fi doar răcite pentru a le transforma în lichide. Aceste gaze trebuie presurizate mai întâi, pentru a crea condiții în care elementul lichid poate exista.
Ajungând la presiunea critică
Punctul de fierbere a hidrogenilor 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, pentru siguranță, primul pas în lichefierea hidrogenului este să-l aducă la presiunea sa critică - punctul în care, chiar dacă hidrogenul este la temperatura sa critică (temperatura la care presiunea singură nu poate transforma un gaz într-un lichid), acesta va fi obligat să lichefieze. Hidrogenul este pompat printr-o serie de condensatoare, supape de accelerație și compresoare pentru a-l aduce la presiunea sa de 13 bar, sau de aproximativ 13 ori mai presiunea atmosferică standard a Pământului. În timp ce se întâmplă acest lucru, hidrogenul este răcit pentru a-l păstra în forma sa lichidă.
Menținerea lucrurilor la rece
În timp ce hidrogenul trebuie întotdeauna sub presiune pentru a menține o stare lichidă, procesul de răcire a acestuia pentru a menține un lichid poate diferi. Se pot folosi unități de răcire mici și specializate, la fel ca schimbătoarele de căldură puternice care funcționează alături de procesul de presurizare. Indiferent, hidrogenul trebuie adus sub cel puțin 33 de grade Kelvin (temperatura critică a hidrogenilor) pentru a deveni un lichid. Aceste temperaturi trebuie menținute în permanență pentru a vă asigura că hidrogenul lichid rămâne în această formă; la temperaturi sub 21 grade Kelvin, ajungeți la punctul de fierbere a hidrogenului, iar elementul lichid va începe să revină la starea sa gazoasă. Această menținere a temperaturii și presiunii este cea care face stocarea, transportul și utilizarea hidrogenului lichid atât de costisitoare în acest moment.