Зміст
- TL; DR (Занадто довго; Не читав)
- Використання рідкого водню
- Перетворення газу в рідину
- Перехід до критичного тиску
- Зберігати речі крутими
Водень - найпоширеніший елемент у Всесвіті. Складений з одного протона і одного електрона, він є найлегшим відомим людством елементом - і завдяки своїй здатності нести енергію разом із великою кількістю Землі, водень може бути ключем до більш чистого, більш ефективного живлення. Однак, коли йдеться про завдання зберігання водню для використання, виникає перешкода для очищення: Водень за замовчуванням існує як газ, але найбільш корисний, коли зберігається як рідина. На жаль, зрідження водню не так просто, як перетворення пари в рідку воду. Щоб створити рідкий водень, потрібно набагато більше роботи - але методи для цього існують майже 150 років, і вчені постійно полегшують це.
TL; DR (Занадто довго; Не читав)
Хоча водень зріджується в першу чергу для зберігання великої кількості елемента одразу, рідкий водень використовується як кріогенний теплоносій, як компонент передових паливних елементів і як критичний компонент палива, що використовується для живлення двигунів космічних човників. Для зрідження водню його потрібно довести до його критичного тиску, а потім охолодити до температури нижче 33 градусів Кельвіна.
Використання рідкого водню
Поки вчені досі досліджують способи перетворення водню в корисне, масштабне джерело живлення, рідкий водень використовується для різних застосувань. Найвідоміше, що НАСА та інші космічні агенції використовують комбінацію рідкого водню та інших газів, таких як кисень та фтор, для живлення великих ракет - а поза атмосферою Землі водень, що зберігається в рідкій формі, використовується як випарне середовище для переміщення космічних апаратів. На Землі рідкий водень також знайшов широке застосування як кріогенний теплоносій і як складова передових паливних елементів, які можуть одного дня живити машини, будинки та заводи.
Перетворення газу в рідину
Не всі елементи поводяться однаково в межах природного температурного діапазону, атмосферного тиску та сили тяжіння Землі. Вода унікальна тим, що за цих умов вона може змінюватися між твердим, рідким та газоподібним станами, але залізо за замовчуванням є твердим - тоді як водень зазвичай є газом. Тверді речовини можна перетворити на рідини та, нарешті, на гази, подаючи тепло до тих пір, поки елемент не досягне своєї плавлення, а потім температури кипіння, а гази працюють у зворотному напрямку: Незалежно від стихійного складу газ може зріджуватися, охолоджуючи його, перетворюючись на рідину в точці конденсат і тверда речовина в місці замерзання. Для ефективного зберігання та транспортування водню для використання газоподібний елемент спочатку повинен бути перетворений на рідину, але такі елементи, як водень, які існують на Землі як гази, за замовчуванням не можуть бути просто охолоджені, щоб перетворити їх у рідину. Ці гази спочатку повинні бути під тиском, щоб створити умови, коли рідкий елемент може існувати.
Перехід до критичного тиску
Температура кипіння водню неймовірно низька - при температурі трохи нижче 21 градуса Кельвіна (приблизно -421 градус Фаренгейта) рідкий водень перетвориться на газ. А тому, що чистий водень є надзвичайно горючим, для безпеки, перший крок до зрідження водню - це доведення його до його критичного тиску - до того моменту, навіть якщо водень знаходиться у його критичній температурі (температура, при якій тиск сам по собі не може перетворити газ в рідину), вона буде змушена зріджуватися. Водень перекачується через низку конденсаторів, дросельних клапанів і компресорів, щоб довести його до тиску 13 бар, або приблизно в 13 разів більше від стандартного атмосферного тиску Землі. Поки це відбувається, водень охолоджується, щоб підтримувати його в рідкому вигляді.
Зберігати речі крутими
Хоча водень завжди повинен бути під тиском, щоб підтримувати рідкий стан, процес його охолодження для збереження рідини може відрізнятися. Можуть використовуватися невеликі спеціалізовані охолоджувальні агрегати, як і потужні теплообмінники, які працюють поруч із процесом тиску. Незважаючи на те, газ водню повинен бути підведений щонайменше до 33 градусів Кельвіна (критична температура водню), щоб стати рідиною. Ці температури необхідно підтримувати постійно, щоб забезпечити, що рідкий водень залишається в такому вигляді; при температурі трохи нижче 21 градуса Кельвіна ви досягнете точки кипіння водню, і рідкий елемент почне повертатися до газоподібного стану. Таке підтримання температури та тиску є тим, що зберігання, транспортування та використання рідкого водню на сьогоднішній день настільки дорогими.