Vsebina
- TL; DR (Predolgo; Nisem prebral)
- Uporaba tekočega vodika
- Obračanje plina v tekočino
- Prihaja do kritičnega pritiska
- Ohranjati stvari kul
Vodik je najpogostejši element v vesolju. Je sestavljen iz enega protona in enega elektrona, ki je najlažji element, ki ga pozna človeštvo - in zaradi svoje sposobnosti prenašanja energije skupaj s svojo številčnostjo na Zemlji je vodik lahko ključ do čistejšega in učinkovitejšega napajanja. Kadar pa gre za nalogo shranjevanja vodika za uporabo, je treba jasno povedati: Vodik privzeto obstaja kot plin, vendar je najbolj uporaben, če ga shranimo kot tekočino. Žal utekočinjanje vodika ni tako enostavno kot pretvorba pare v tekočo vodo. Za ustvarjanje tekočega vodika je potrebno veliko več dela, toda metode za to obstajajo že skoraj 150 let in znanstveniki ves čas olajšajo delo.
TL; DR (Predolgo; Nisem prebral)
Medtem ko je vodik utekočinjen predvsem za shranjevanje velikih količin elementa naenkrat, se tekoči vodik uporablja kot kriogena hladilna tekočina, kot komponenta naprednih gorivnih celic in kot kritična sestavina goriva, ki se uporablja za pogon motorjev vesoljskih potnikov. Za utekočinjanje vodika ga je treba spraviti na njegov kritični tlak in nato ohladiti na temperature pod 33 stopinj Kelvina.
Uporaba tekočega vodika
Medtem ko znanstveniki še vedno raziskujejo načine, kako pretvoriti vodik v uporaben, velik vir energije, se tekoči vodik uporablja za različne namene. Najbolj znano je, da NASA in druge vesoljske agencije uporabljajo kombinacijo tekočega vodika in drugih plinov, kot sta kisik in fluor, za napajanje velikih raket - in zunaj Zemljine atmosfere se vodik, shranjen v tekoči obliki, uporablja kot pogonsko gorivo za premikanje vesoljskih vozil. Na Zemlji je tekoči vodik našel tudi široko uporabo kot kriogena hladilna tekočina in kot sestavina naprednih gorivnih celic, ki lahko nekega dne napajajo avtomobile, domove in tovarne.
Obračanje plina v tekočino
V naravnem temperaturnem območju, atmosferskem tlaku in gravitaciji Zemlje se vsi elementi ne obnašajo enako. Voda je edinstvena po tem, da lahko v teh pogojih prehaja med trdnimi, tekočimi in plinastimi stanji, železo pa je privzeto trdno - medtem ko je vodik običajno plin. Trdne snovi se lahko spremenijo v tekočine in končno pline z uporabo toplote, dokler element ne doseže svojega tališča in nato vrelišča, plini pa delujejo v obratni smeri: Ne glede na elementarno sestavo lahko plin ohlapimo, če ga ohladimo, na mestu kondenzacija in trdno na mestu zmrzovanja. Za učinkovito skladiščenje in transport vodika za uporabo je treba plinasti element najprej spremeniti v tekočino, vendar elementov, kot je vodik, ki na Zemlji obstajajo kot plini, privzeto ni mogoče ohladiti in jih spremeniti v tekočino. Ti plini morajo biti najprej pod tlakom, da se ustvarijo pogoji, kjer lahko obstaja tekoči element.
Prihaja do kritičnega pritiska
Temperatura vrelišča vodika je neverjetno nizka - pri slabih 21 stopinjah Kelvina (približno -421 stopinj Fahrenheita) se bo tekoči vodik spremenil v plin. In ker je čisti vodik neverjetno vnetljiv, je zaradi varnega varstva prvi korak pri utekočinjanju vodika, da ga pripeljemo do njegovega kritičnega tlaka - točke, ko je tudi vodik pri kritični temperaturi (temperatura, pri kateri samo tlak ne more pretvoriti plina v tekočino), se bo prisiljena utekočiniti. Vodik se črpa skozi vrsto kondenzatorjev, zapornih ventilov in kompresorjev, da se doseže njegov tlak 13 barov ali približno 13-krat večji od zemeljskega atmosferskega tlaka. Medtem ko se to zgodi, se vodik hladi, da ohrani v tekoči obliki.
Ohranjati stvari kul
Medtem ko mora biti vodik vedno pod pritiskom, da ohrani tekoče stanje, se lahko postopek njegovega hlajenja ohrani, da ostane tekoč. Uporabljajo se lahko majhne specializirane hladilne enote, prav tako močni izmenjevalci toplote, ki delujejo skupaj s postopkom tlaka. Ne glede na to je treba plin vodik spraviti pod 33 stopinj Kelvina (kritična temperatura vodika), da postane tekočina. Te temperature je treba vzdrževati ves čas, da se zagotovi, da tekoči vodik ostane v tej obliki; pri temperaturah malo pod 21 stopinj Kelvina dosežete vrelišče vodika in tekoči element se bo začel vrniti v plinasto stanje. Zaradi vzdrževanja temperature in tlaka je skladiščenje, prevoz in uporaba tekočega vodika v tem trenutku tako draga.