Περιεχόμενο
- TL · DR (Πολύ μακρύ;
- Χρήση Υγρού Υδρογόνου
- Μετατρέποντας το αέριο σε υγρό
- Ερχόμενοι στην κρίσιμη πίεση
- Κρατώντας τα πράγματα δροσερά
Το υδρογόνο είναι το πιο άφθονο στοιχείο του σύμπαντος. Αποτελείται από ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο, είναι το ελαφρύτερο στοιχείο που είναι γνωστό στην ανθρωπότητα - και λόγω της ικανότητάς του να μεταφέρει ενέργεια μαζί με την αφθονία της στη Γη, το υδρογόνο μπορεί να είναι το κλειδί για μια πιο καθαρή και αποδοτικότερη παροχή ηλεκτρικού ρεύματος. Ωστόσο, όταν πρόκειται για την αποθήκευση υδρογόνου για χρήση, υπάρχει ένα εμπόδιο για να καθαρίσετε: Το υδρογόνο υπάρχει ως αέριο από προεπιλογή, αλλά είναι πολύ χρήσιμο όταν αποθηκεύεται ως υγρό. Δυστυχώς, η υγροποίηση του υδρογόνου δεν είναι τόσο εύκολη όσο η μετατροπή του ατμού σε υγρό νερό. Χρειάζεται πολύ περισσότερη δουλειά για τη δημιουργία υγρού υδρογόνου - αλλά οι μέθοδοι για αυτό έχουν υπάρξει για σχεδόν 150 χρόνια, και οι επιστήμονες καθιστούν ευκολότερη όλη την ώρα.
TL · DR (Πολύ μακρύ;
Ενώ το υδρογόνο είναι υγροποιημένο κυρίως για την αποθήκευση μεγάλων ποσοτήτων του στοιχείου ταυτόχρονα, το υγρό υδρογόνο χρησιμοποιείται ως κρυογονικό ψυκτικό, ως συστατικό των προηγμένων κυψελών καυσίμου και ως κρίσιμο συστατικό του καυσίμου που χρησιμοποιείται για την τροφοδοσία των κινητήρων των διαστημικών λεωφορείων. Για να υγροποιήσει το υδρογόνο, πρέπει να φθάσει στην κρίσιμη πίεση και στη συνέχεια να κρυώσει σε θερμοκρασίες κάτω από 33 βαθμούς Kelvin.
Χρήση Υγρού Υδρογόνου
Ενώ οι επιστήμονες εξακολουθούν να ερευνούν τρόπους για να μετατρέψουν το υδρογόνο σε χρήσιμη πηγή ενέργειας μεγάλης κλίμακας, το υγρό υδρογόνο χρησιμοποιείται για ποικίλες εφαρμογές. Το πιο γνωστό, η NASA και άλλοι διαστημικοί οργανισμοί χρησιμοποιούν συνδυασμό υγρού υδρογόνου και άλλων αερίων όπως το οξυγόνο και το φθόριο για να τροφοδοτούν μεγάλους πυραύλους - και έξω από την ατμόσφαιρα της Γης, το υδρογόνο αποθηκευμένο σε υγρή μορφή χρησιμοποιείται ως προωθητικό για την κίνηση διαστημικών οχημάτων. Στη Γη, το υγρό υδρογόνο έχει επίσης βρεθεί σε ευρεία χρήση ως κρυογονικό ψυκτικό υγρό και ως συστατικό των προηγμένων κυψελών καυσίμου που μπορεί να εξουδετερώσουν αυτοκίνητα, σπίτια και εργοστάσια μιας ημέρας.
Μετατρέποντας το αέριο σε υγρό
Δεν συμπεριφέρονται όλα τα στοιχεία κάτω από το φυσικό εύρος θερμοκρασίας, την ατμοσφαιρική πίεση και τη βαρύτητα της Γης. Το νερό είναι μοναδικό στο ότι μπορεί να μετατοπίζει μεταξύ των στερεών, υγρών και αέριων καταστάσεων υπό αυτές τις συνθήκες, αλλά ο σίδηρος είναι στερεός από προεπιλογή - ενώ το υδρογόνο είναι κανονικά αέριο. Τα στερεά μπορούν να στραφούν σε υγρά και τελικά σε αέρια με την εφαρμογή θερμότητας έως ότου το στοιχείο φθάσει στην τήξη του και στη συνέχεια στο σημείο βρασμού και τα αέρια λειτουργούν αντίστροφα: Ανεξάρτητα από τη στοιχειακή σύνθεση, ένα αέριο μπορεί να υγροποιηθεί ψύγοντάς το, συμπύκνωση και στερεό στο σημείο ψύξης. Για να αποθηκεύεται αποτελεσματικά και να μεταφέρεται υδρογόνο για χρήση, το αέριο στοιχείο πρέπει πρώτα να μετατραπεί σε υγρό, αλλά στοιχεία όπως το υδρογόνο που υπάρχουν στη Γη ως αέρια από προεπιλογή δεν μπορούν απλώς να ψυχθούν για να τα μετατρέψουν σε υγρά. Αυτά τα αέρια πρέπει πρώτα να συμπιέζονται, για να δημιουργηθούν συνθήκες όπου μπορεί να υπάρχει το υγρό στοιχείο.
Ερχόμενοι στην κρίσιμη πίεση
Το σημείο βρασμού των υδρογόνων είναι εξαιρετικά χαμηλό - μόλις κάτω από τους 21 βαθμούς Kelvin (περίπου -421 βαθμούς Φαρενάιτ), το υγρό υδρογόνο θα μετατραπεί σε αέριο. Και επειδή το καθαρό υδρογόνο είναι απίστευτα εύφλεκτο, το πρώτο βήμα για την υγροποίηση του υδρογόνου είναι να το φέρετε στην κρίσιμη πίεση - το σημείο στο οποίο, ακόμη και αν το υδρογόνο βρίσκεται σε κρίσιμη θερμοκρασία (η θερμοκρασία στην οποία μόνο η πίεση δεν μπορεί να μετατρέψει ένα αέριο σε ένα υγρό), θα αναγκαστεί να υγροποιηθεί. Το υδρογόνο αντλείται μέσω μιας σειράς συμπυκνωτών, βαλβίδων πεταλούδας και συμπιεστών για να φτάσει στην πίεση των 13 bar ή περίπου 13 φορές την κανονική ατμοσφαιρική πίεση της Γης. Ενώ αυτό συμβαίνει, το υδρογόνο ψύχεται για να διατηρηθεί σε υγρή μορφή.
Κρατώντας τα πράγματα δροσερά
Ενώ το υδρογόνο πρέπει να είναι πάντοτε υπό πίεση για να διατηρεί μια υγρή κατάσταση, η διαδικασία της ψύξης κάτω για να διατηρηθεί ένα υγρό μπορεί να διαφέρει. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν μικρές, εξειδικευμένες μονάδες ψύξης, όπως και ισχυροί εναλλάκτες θερμότητας που λειτουργούν παράλληλα με τη διαδικασία συμπίεσης. Ανεξάρτητα από αυτό, το αέριο υδρογόνο πρέπει να φέρεται κάτω από τουλάχιστον 33 βαθμούς Kelvin (κρίσιμη θερμοκρασία υδρογόνου) για να γίνει υγρό. Αυτές οι θερμοκρασίες πρέπει να διατηρούνται ανά πάσα στιγμή, ώστε να εξασφαλίζεται ότι το υγρό υδρογόνο παραμένει σε αυτή τη μορφή. σε θερμοκρασίες κάτω από τους 21 βαθμούς Kelvin, φτάνετε στο σημείο βρασμού υδρογόνου και το υγρό στοιχείο θα αρχίσει να επιστρέφει στην αέρια του κατάσταση. Αυτή η συντήρηση της θερμοκρασίας και της πίεσης είναι αυτή που κάνει την αποθήκευση, τη μεταφορά και τη χρήση υγρού υδρογόνου τόσο ακριβή προς το παρόν.