Съдържание
- TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
- Използване на течен водород
- Превръщане на газ в течност
- Стигаме до критично налягане
- Поддържане на нещата готино
Водородът е най-разпространеният елемент във Вселената. Съставен от един протон и един електрон, той е най-лекият елемент, известен на човечеството - и поради способността си да носи енергия заедно с изобилието си на Земята, водородът може да бъде ключът към по-чистото и по-ефективно захранване. Когато обаче става въпрос за задачата да се съхранява водород за употреба, има пречка да се изчисти: Водородът съществува като газ по подразбиране, но е най-полезен, когато се съхранява като течност. За съжаление, втечняване на водород не е толкова лесно, колкото превръщането на парата в течна вода. Необходима е много повече работа, за да се създаде течен водород - но методите за това съществуват от близо 150 години и учените го правят по-лесно през цялото време.
TL; DR (Твърде дълго; Не четях)
Докато водородът се втечнява главно за съхраняване на големи количества елемент наведнъж, течният водород се използва като криогенна охлаждаща течност, като компонент на модерни горивни клетки и като критичен компонент на горивото, използвано за захранване на двигателите на космическите совалки. За втечняване на водорода той трябва да се доведе до критичното му налягане и след това да се охлади до температури под 33 градуса Келвин.
Използване на течен водород
Докато учените все още изследват начини за превръщането на водорода в полезен, мащабен източник на енергия, течният водород се използва за различни приложения. Най-известното е, че НАСА и други космически агенции използват комбинация от течен водород и други газове като кислород и флуор за захранване на големи ракети - и извън атмосферата на Земята водородът, съхраняван в течна форма, се използва като гориво за придвижване на космически превозни средства. На Земята течният водород също намери широко приложение като криогенна охлаждаща течност и като компонент на модерни горивни клетки, които един ден могат да захранват автомобили, домове и фабрики.
Превръщане на газ в течност
Не всички елементи се държат еднакво в естествения температурен диапазон, атмосферното налягане и гравитацията на Земята. Водата е уникална по това, че при тези условия може да се прехвърля между своите твърди, течни и газообразни състояния, но желязото е твърдо по подразбиране - докато водородът обикновено е газ. Твърдите вещества могат да бъдат превърнати в течности и накрая в газове, като се прилага топлина, докато елементът достигне своята точка на топене и след това температура на кипене, а газовете работят обратно: Независимо от елементарния състав, газ може да се втечнява, като го охлажда, превръщайки се в течност в точката на конденз и твърд в точката на замръзване. За ефективно съхраняване и транспортиране на водород за употреба първо трябва газообразният елемент да се превърне в течност, но елементи като водород, които съществуват на Земята като газове по подразбиране, не могат просто да бъдат охладени, за да ги превърнат в течности. Тези газове трябва първо да бъдат под налягане, за да се създадат условия, при които течният елемент може да съществува.
Стигаме до критично налягане
Точката на кипене на водорода е невероятно ниска - при малко под 21 градуса Келвин (приблизително -421 градуса по Фаренхайт) течният водород ще се превърне в газ. И тъй като чистият водород е невероятно запалим, за безопасност първата стъпка към втечняване на водорода е да го доведе до критичното си налягане - точката, в която дори и водородът да е при критичната си температура (температурата, при която самото налягане не може да превърне газ в течност), тя ще бъде принудена да се втечни. Водородът се изпомпва през серия от кондензатори, дроселни клапани и компресори, за да го доведе до налягането си от 13 бара или приблизително 13 пъти по-голямо от стандартното атмосферно налягане на Земята. Докато това се случва, водородът се охлажда, за да запази течността си.
Поддържане на нещата готино
Докато водородът винаги трябва да бъде под налягане, за да поддържа течно състояние, процесът на охлаждането му, за да се поддържа течност, може да се различава. Могат да се използват малки, специализирани охлаждащи агрегати, както и мощни топлообменници, които работят заедно с процеса на налягане. Независимо от това, водородният газ трябва да бъде поставен под поне 33 градуса Келвин (критична температура на водорода), за да се превърне в течност. Тези температури трябва да се поддържат по всяко време, за да се гарантира, че течният водород остава в тази форма; при температури малко под 21 градуса Келвин достигате точката на кипене на водорода и течният елемент ще започне да се връща в газообразно състояние. Тази поддръжка на температурата и налягането е това, което прави складирането, транспортирането и използването на течен водород толкова скъпо в момента.