Obsah
- TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
- Použitie kvapalného vodíka
- Premena plynu na kvapalinu
- Znižuje kritický tlak
- Udržiavanie vecí v pohode
Vodík je najhojnejším prvkom vo vesmíre. Je zložený z jedného protónu a jedného elektrónu a predstavuje najľahší prvok, aký ľudstvo pozná - a vďaka svojej schopnosti niesť energiu spolu so svojím množstvom na Zemi môže byť vodík kľúčom k čistejšiemu a efektívnejšiemu napájaniu. Pokiaľ však ide o ukladanie vodíka na použitie, je tu prekážka, ktorú treba vyčistiť: vodík je v predvolenom nastavení ako plyn, ale je najužitočnejší, keď je skladovaný ako kvapalina. Bohužiaľ skvapalnený vodík nie je tak jednoduchý ako premena pary na kvapalnú vodu. Vytvorenie tekutého vodíka vyžaduje omnoho viac práce - metódy na to však existujú už takmer 150 rokov a vedci ich neustále uľahčujú.
TL; DR (príliš dlho; neprečítané)
Zatiaľ čo vodík sa skvapalňuje primárne na ukladanie veľkých množstiev prvku naraz, kvapalný vodík sa používa ako kryogénne chladivo, ako zložka pokročilých palivových článkov a ako kritická zložka paliva používaného na pohon motorov raketoplánov. Na skvapalnený vodík sa musí priviesť na kritický tlak a potom sa musí ochladiť na teploty pod 33 stupňov Kelvina.
Použitie kvapalného vodíka
Zatiaľ čo vedci stále skúmajú spôsoby, ako premeniť vodík na užitočný, rozsiahly zdroj energie, kvapalný vodík sa používa na rôzne aplikácie. Najslávnejšie je, že NASA a ďalšie vesmírne agentúry používajú kombináciu tekutého vodíka a iných plynov, ako je kyslík a fluór, na pohon veľkých rakiet - a mimo zemskej atmosféry sa vodík uložený v kvapalnej forme používa ako pohonná hmota na pohyb vesmírnych vozidiel. Kvapalný vodík na Zemi našiel tiež široké využitie ako kryogénna chladiaca kvapalina a ako súčasť pokročilých palivových článkov, ktoré môžu jedného dňa poháňať autá, domy a továrne.
Premena plynu na kvapalinu
Nie všetky prvky sa správajú rovnako v rámci prirodzeného teplotného rozsahu, atmosférického tlaku a gravitácie Zeme. Voda je jedinečná v tom, že sa za týchto podmienok môže prepínať medzi svojim pevným, kvapalným a plynným stavom, ale železo je v predvolenom nastavení pevné - zatiaľ čo vodík je obvykle plyn. Pevné látky sa môžu premeniť na kvapaliny a nakoniec plyny pôsobením tepla, až kým prvok nedosiahne bod topenia a potom bod varu, a plyny pracujú opačne: Bez ohľadu na zloženie prvkov môže byť plyn skvapalnený jeho ochladením a v bode premeny na kvapalinu. kondenzácia a tuhá látka v bode mrazu. Aby sa účinne uskladňoval a prepravoval vodík na použitie, musí sa plynný prvok najskôr premeniť na kvapalinu, ale prvky ako vodík, ktoré na Zemi existujú ako plyny, sa v predvolenom nastavení nemôžu ochladiť, aby sa zmenili na kvapaliny. Tieto plyny musia byť najskôr natlakované, aby sa vytvorili podmienky, v ktorých môže kvapalný prvok existovať.
Znižuje kritický tlak
Teplota varu vodíka je neuveriteľne nízka - pri teplote pod 21 stupňov Kelvina (zhruba -421 stupňov Fahrenheita) sa z kvapalného vodíka premení plyn. A pretože čistý vodík je neuveriteľne horľavý, pre safetys je prvým krokom k skvapalneniu vodíka jeho dosiahnutie kritického tlaku - bod, v ktorom, aj keď vodík je na kritickej teplote (teplota, pri ktorej tlak nemôže sám zmeniť plyn) do kvapaliny), bude nútená skvapalniť. Vodík sa čerpá pomocou radu kondenzátorov, škrtiacich ventilov a kompresorov, aby ho priviedol na tlak 13 bar alebo zhruba 13-násobok štandardného atmosférického tlaku Zeme. Aj keď k tomu dôjde, vodík sa ochladzuje, aby ho udržal v tekutej forme.
Udržiavanie vecí v pohode
Aj keď vodík musí byť vždy pod tlakom, aby sa udržal kvapalný stav, proces ochladzovania, aby sa udržala kvapalina, sa môže líšiť. Môžu sa použiť malé, špecializované chladiace jednotky, ako aj výkonné výmenníky tepla, ktoré pracujú popri procese natlakovania. Bez ohľadu na to musí byť plynný vodík privedený na teplotu najmenej 33 stupňov Kelvina (kritická teplota vodíka), aby sa stal kvapalinou. Tieto teploty sa musia stále udržiavať, aby sa zabezpečilo, že kvapalný vodík zostane v tejto forme; pri teplotách tesne pod 21 stupňov Kelvinu dosiahnete bod varu vodíka a tekutý prvok sa začne vracať do svojho plynného stavu. Toto udržiavanie teploty a tlaku je dôvodom, prečo je skladovanie, preprava a používanie kvapalného vodíka tak drahé.