Innhold
- TL; DR (for lang; ikke lest)
- Flytende hydrogen bruker
- Å slå gass til væske
- Kommer til kritisk trykk
- Keeping Things Cool
Hydrogen er det mest tallrike elementet i universet. Sammensatt av ett proton og ett elektron, er det det letteste elementet som er kjent for menneskeheten - og på grunn av sin evne til å føre energi sammen med overflod på jorden, kan hydrogen være nøkkelen til en renere og mer effektiv strømforsyning. Når det gjelder oppgaven med å lagre hydrogen for bruk, er det imidlertid en hindring å fjerne: Hydrogen eksisterer som en gass som standard, men er mest nyttig når den lagres som en væske. Dessverre er ikke flytende hydrogen like enkelt som å gjøre damp til flytende vann. Det krever mye mer arbeid å lage flytende hydrogen - men metoder for å gjøre det har eksistert i nesten 150 år, og forskere gjør det enklere hele tiden.
TL; DR (for lang; ikke lest)
Mens hydrogen kondenseres primært for å lagre store mengder av elementet på en gang, brukes flytende hydrogen som kryogen kjølevæske, som en komponent av avanserte brenselceller og som en kritisk komponent i drivstoffet som brukes til å drive motorene til romferger. For å kondensere hydrogen, må det bringes til sitt kritiske trykk og deretter avkjøles til temperaturer under 33 grader Kelvin.
Flytende hydrogen bruker
Mens forskere fortsatt forsker på måter å gjøre hydrogen til en nyttig, storstilt kraftkilde, brukes flytende hydrogen til en rekke bruksområder. Mest kjent er det at NASA og andre romfartsorganer bruker en kombinasjon av flytende hydrogen og andre gasser som oksygen og fluor for å drive store raketter - og utenfor jordas atmosfære brukes hydrogen som er lagret i flytende form som drivmiddel for å flytte romkjøretøyer. På jorden har flytende hydrogen også funnet utbredt bruk som et kryogen kjølevæske og som en komponent av avanserte brenselceller som en dag kan drive biler, hjem og fabrikker.
Å slå gass til væske
Ikke alle elementer oppfører seg det samme under det naturlige temperaturområdet, atmosfæretrykket og jordens tyngdekraft. Vann er unikt ved at det kan skifte mellom faste, flytende og gassformige tilstander under disse forholdene, men jern er fast som standard - mens hydrogen normalt er gass. Faststoffer kan omdannes til væsker og til slutt gasser ved å påføre varme til elementet når dets smelte- og deretter kokepunkt, og gassene fungerer i revers: Uansett grunnsammensetning, kan en gass kondenseres ved å avkjøle det, og vri til væske på punktet til kondens og fast ved frysepunktet. For effektivt å lagre og transportere hydrogen for bruk, må det gassformige elementet først gjøres om til en væske, men elementer som hydrogen som finnes på jorden som gasser som standard, kan ikke bare avkjøles for å gjøre dem om til væsker. Disse gassene må først settes under trykk, for å skape forhold der det flytende elementet kan eksistere.
Kommer til kritisk trykk
Hydrogenens kokepunkt er utrolig lavt - på i underkant av 21 grader Kelvin (omtrent -421 grader Fahrenheit) vil flytende hydrogen bli til en gass. Og fordi rent hydrogen er utrolig brannfarlig, er sikkerhets skyld det første trinnet å kondensere hydrogen å bringe det til sitt kritiske trykk - det punktet, selv om hydrogen er på sin kritiske temperatur (temperaturen som trykket alene ikke kan snu en gass til en væske), vil den bli tvunget til å bli flytende. Hydrogen pumpes gjennom en serie kondensatorer, gassventiler og kompressorer for å bringe det til sitt trykk på 13 bar, eller omtrent 13 ganger standard atmosfæretrykk på jorden. Mens dette skjer kjøles hydrogenet for å holde det i sin flytende form.
Keeping Things Cool
Mens hydrogen alltid må trykksettes for å opprettholde en flytende tilstand, kan prosessen med å avkjøle det for å holde det en væske variere. Små, spesialiserte kjøleaggregater kan brukes, i tillegg til kraftige varmevekslere som fungerer sammen med trykkprosessen. Uansett må hydrogengassen føres under minst 33 grader Kelvin (hydrogelens kritiske temperatur) for å bli en væske. Disse temperaturene må til enhver tid opprettholdes for å sikre at det flytende hydrogenet forblir i den formen; ved temperaturer i underkant av 21 grader Kelvin, når du hydrogens kokepunkt, og det flytende elementet vil begynne å gå tilbake til sin gassformige tilstand. Dette vedlikeholdet av temperatur og trykk er det som gjør lagring, transport og bruk av flytende hydrogen så dyrt for øyeblikket.