Zawartość
- TL; DR (Too Long; Didnt Read)
- Zastosowania ciekłego wodoru
- Przekształcanie gazu w ciecz
- Nadchodzi krytyczna presja
- Utrzymanie spokoju
Wodór jest najbardziej rozpowszechnionym pierwiastkiem we wszechświecie. Składający się z jednego protonu i jednego elektronu jest najlżejszym pierwiastkiem znanym ludzkości - a ze względu na jego zdolność do przenoszenia energii wraz z jej obfitością na Ziemi wodór może być kluczem do czystszego, bardziej wydajnego źródła zasilania. Jednak jeśli chodzi o zadanie magazynowania wodoru do użytku, przeszkodą jest jego usunięcie: Wodór występuje domyślnie jako gaz, ale jest najbardziej przydatny, gdy jest przechowywany jako ciecz. Niestety upłynnienie wodoru nie jest tak łatwe, jak zamiana pary w ciekłą wodę. Stworzenie ciekłego wodoru wymaga dużo więcej pracy, ale metody na to istnieją już od prawie 150 lat, a naukowcy cały czas je ułatwiają.
TL; DR (Too Long; Didnt Read)
Podczas gdy wodór jest upłynniany głównie w celu jednoczesnego magazynowania dużych ilości pierwiastka, ciekły wodór jest stosowany jako kriogeniczny czynnik chłodzący, jako składnik zaawansowanych ogniw paliwowych i jako kluczowy składnik paliwa wykorzystywanego do napędzania silników promów kosmicznych. Aby skroplić wodór, należy doprowadzić go do ciśnienia krytycznego, a następnie schłodzić do temperatury poniżej 33 stopni Kelvina.
Zastosowania ciekłego wodoru
Podczas gdy naukowcy wciąż badają sposoby przekształcenia wodoru w użyteczne źródło energii na dużą skalę, ciekły wodór jest wykorzystywany do różnych zastosowań. Najsłynniejsze jest to, że NASA i inne agencje kosmiczne używają kombinacji ciekłego wodoru i innych gazów, takich jak tlen i fluor, do napędzania dużych rakiet - a poza atmosferą ziemską wodór przechowywany w postaci płynnej jest używany jako propelent do poruszania się pojazdów kosmicznych. Na Ziemi ciekły wodór znajduje również szerokie zastosowanie jako kriogeniczne chłodziwo i jako składnik zaawansowanych ogniw paliwowych, które pewnego dnia mogą zasilać samochody, domy i fabryki.
Przekształcanie gazu w ciecz
Nie wszystkie pierwiastki zachowują się tak samo w naturalnym zakresie temperatur, ciśnieniu atmosferycznym i grawitacji Ziemi. Woda jest wyjątkowa, ponieważ w tych warunkach może zmieniać swoje stany stałe, ciekłe i gazowe, ale żelazo jest domyślnie stałe - podczas gdy wodór jest zwykle gazem. Ciała stałe można zamieniać w ciecze i wreszcie gazy, stosując ciepło, dopóki pierwiastek nie osiągnie temperatury topnienia, a następnie wrzenia, a gazy pracują w odwrotnej kolejności: niezależnie od składu pierwiastkowego, gaz można skroplić przez ochłodzenie go, zamieniając się w ciecz w punkcie kondensacja i ciało stałe w punkcie zamarzania. Aby skutecznie magazynować i transportować wodór do użycia, pierwiastek gazowy musi najpierw zostać zamieniony w ciecz, ale pierwiastki takie jak wodór, które istnieją na Ziemi jako gazy domyślnie, nie mogą być po prostu schłodzone, aby zamienić je w ciecze. Gazy te należy najpierw poddać ciśnieniu, aby stworzyć warunki, w których może istnieć element ciekły.
Nadchodzi krytyczna presja
Temperatura wrzenia wodoru jest niewiarygodnie niska - przy niecałych 21 stopniach Kelvina (około -421 stopni Fahrenheita) ciekły wodór zamieni się w gaz. A ponieważ czysty wodór jest niezwykle łatwopalny, dla bezpieczeństwa pierwszy krok do upłynnienia wodoru to doprowadzenie go do krytycznego ciśnienia - punktu, w którym nawet jeśli wodór ma swoją temperaturę krytyczną (temperaturę, w której samo ciśnienie nie może zamienić gazu w ciecz), będzie zmuszony do upłynnienia. Wodór jest pompowany przez szereg skraplaczy, zaworów dławiących i sprężarek, aby doprowadzić go do ciśnienia 13 barów, czyli około 13 razy większego niż standardowe ciśnienie atmosferyczne Ziemi. Gdy tak się dzieje, wodór jest chłodzony, aby utrzymać go w postaci płynnej.
Utrzymanie spokoju
Podczas gdy wodór musi zawsze znajdować się pod ciśnieniem, aby utrzymać stan ciekły, proces jego schładzania w celu utrzymania go w stanie ciekłym może się różnić. Można stosować małe, wyspecjalizowane urządzenia chłodzące, podobnie jak potężne wymienniki ciepła, które działają równolegle z procesem zwiększania ciśnienia. Niezależnie od tego wodór gazowy musi zostać doprowadzony do temperatury co najmniej 33 stopni Kelvina (temperatura krytyczna wodoru), aby uzyskać płyn. Temperatury te muszą być utrzymywane przez cały czas, aby zapewnić, że ciekły wodór pozostaje w tej formie; w temperaturach poniżej 21 stopni Kelvina osiągasz temperaturę wrzenia wodoru, a element płynny zacznie powracać do stanu gazowego. To utrzymywanie temperatury i ciśnienia sprawia, że przechowywanie, transport i stosowanie ciekłego wodoru jest obecnie tak drogie.