Tartalom
- TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
- Folyékony hidrogén felhasználások
- A gázt folyékonyvá alakítva
- A kritikus nyomás elérése
- A dolgok hűvös tartása
A hidrogén a leggazdagabb elem az univerzumban. Egy protonból és egy elektronból áll, ez az emberiség számára a legkönnyebb elem - és mivel képessége az energia hordozására és a Földön való bőségére, a hidrogén lehet a tisztább, hatékonyabb energiaellátás kulcsa. A felhasználásra szánt hidrogén tárolásakor azonban akadályt kell tisztítani: a hidrogén alapértelmezés szerint gázként létezik, de folyadékként tárolva a leghasznosabb. Sajnos a hidrogén cseppfolyósítása nem olyan egyszerű, mint a gőz folyékony vízré alakítása. Sokkal több munkát igényel a folyékony hidrogén előállítása - de ehhez közel 150 éve léteznek módszerek, és a tudósok ezt folyamatosan megkönnyítik.
TL; DR (túl hosszú; nem olvastam)
Míg a hidrogént elsősorban az elem nagymennyiségének egyszerre tárolására cseppfolyósítják, a folyékony hidrogént kriogén hűtőközegként, a fejlett üzemanyagcellák alkotóelemeként és az űrhajózás motorjainak motorjához használt üzemanyag kritikus alkotóelemeként használják. A hidrogén cseppfolyósításához a kritikus nyomás alá kell állítani, majd lehűtjük 33 Kelvin-fok alatti hőmérsékletre.
Folyékony hidrogén felhasználások
Míg a tudósok továbbra is kutatják a hidrogén hasznos, nagyszabású energiaforrássá alakításának módjait, a folyékony hidrogént különféle alkalmazásokra használják. A leghíresebb tény, hogy a NASA és más űrügynökségek folyékony hidrogén és más gázok, például oxigén és fluor kombinációját használják a nagy rakéták táplálására - és a Föld légkörén kívül a folyékony formában tárolt hidrogént hajtóanyagként használják az űrjárművek mozgatására. A Földön a folyékony hidrogént széles körben használják kriogén hűtőközegként és olyan fejlett üzemanyagcellák összetevőjeként, amelyek egy nap autók, házak és gyárak energiájává válhatnak.
A gázt folyékonyvá alakítva
Nem minden elem viselkedik azonos módon a Föld természetes hőmérsékleti tartományában, légköri nyomásában és gravitációjában. A víz egyedülálló abban, hogy ilyen körülmények között elmozdulhat szilárd, folyékony és gáznemű állapotai között, alapértelmezés szerint a vas szilárd - míg a hidrogén általában gáz. A szilárd anyagok folyadékokká és végül gázokká alakíthatók hő alkalmazásával, amíg az elem el nem éri az olvadási és forráspontját, és a gázok fordítva működnek: Az elemi összetételtől függetlenül a gáz cseppfolyósítható, hűtve, folyadékká alakulva az kondenzáció és szilárd a fagyás pontján. A felhasznált hidrogén hatékony tárolása és szállítása érdekében a gáznemű elemet előbb folyadékká kell alakítani, de az olyan elemeket, mint a hidrogén, amelyek a Földön alapértelmezés szerint gázokként léteznek, nem lehet csak lehűteni, hogy folyadékká váljanak. Ezeket a gázokat először nyomás alá kell helyezni, hogy megteremtsék azokat a feltételeket, ahol a folyékony elem létezhet.
A kritikus nyomás elérése
A hidrogének forráspontja hihetetlenül alacsony - alig 21 Kelvin-fok alatt (nagyjából -421 Fahrenheit-fok) a folyékony hidrogén gázzá alakul. Mivel a tiszta hidrogén hihetetlenül tűzveszélyes, a szupermarketek számára a hidrogén cseppfolyósításának első lépése a kritikus nyomás elérése - az a pont, ahol még akkor is, ha a hidrogén kritikus hőmérséklete van (az a hőmérséklet, amelyen a nyomás önmagában nem képes gázt forgatni) folyadékba), kénytelen lesz cseppfolyósodni. A hidrogént kondenzátorokon, fojtószelepeken és kompresszorokon keresztül szivattyúzzák, hogy 13 bar nyomására, vagyis a Föld szokásos légköri nyomásának nagyjából 13-szorosa legyen. Amíg ez megtörténik, a hidrogént lehűtjük, hogy folyékony állapotban maradjon.
A dolgok hűvös tartása
Míg a hidrogént mindig nyomás alatt kell tartani a folyékony állapot fenntartása érdekében, a folyadék megtartása érdekében történő lehűtés folyamata eltérhet. Kisebb, speciális hűtőegységek, valamint a nagynyomású hőcserélők is használhatók, amelyek a nyomásfokozás mellett működnek. Függetlenül attól, hogy a hidrogéngázt legalább 33 Kelvin fok (hidrogén kritikus hőmérséklet) alá kell vezetni, hogy folyadékká váljon. Ezeket a hőmérsékleteket állandóan fenn kell tartani annak biztosítása érdekében, hogy a folyékony hidrogén ezen formában maradjon; alig 21 Kelvin-fok alatti hőmérsékleten eléri a hidrogén forráspontját, és a folyékony elem visszatér gáznemű állapotába. Ez a hőmérséklet- és nyomástartás teszi a folyékony hidrogén tárolását, szállítását és felhasználását egyelőre olcsóbbá.