Sadržaj
- TL; DR (Predugo; nisam pročitao)
- Upotreba tekućeg vodika
- Pretvaranje plina u tekućinu
- Dolazi do kritičnog pritiska
- Održavanje stvari hladnim
Vodik je najzastupljeniji element u svemiru. Sastojan od jednog protona i jednog elektrona, to je najlakši element koji čovječanstvo poznaje - a zbog svoje sposobnosti da nosi energiju zajedno sa svojim bogatstvom na Zemlji, vodik može biti ključ za čistije, učinkovitije napajanje. Međutim, kada je u pitanju zadatak skladištenja vodika za uporabu, postoji prepreka za razjašnjavanje: Vodik po defaultu postoji kao plin, ali je najkorisniji kada se skladišti kao tekućina. Nažalost, ukapljivanje vodika nije lako kao pretvaranje pare u tekuću vodu. Za stvaranje tekućeg vodika potrebno je puno više rada - ali metode za to postoje gotovo 150 godina, a znanstvenici to olakšavaju cijelo vrijeme.
TL; DR (Predugo; nisam pročitao)
Iako se vodik ukapljuje prvenstveno za pohranjivanje velikih količina elementa odjednom, tekući vodik koristi se kao kriogena rashladna tekućina, kao komponenta naprednih gorivnih ćelija i kao kritična komponenta goriva koje se koristi za pokretanje motora svemirskih šatlova. Da bi se ukapio vodik, mora se dovesti do njegovog kritičnog tlaka, a zatim ohladiti na temperature ispod 33 stupnja Kelvina.
Upotreba tekućeg vodika
Dok znanstvenici još uvijek istražuju načine kako pretvoriti vodik u koristan, izvor napajanja velikih razmjera, tekući vodik koristi se za razne primjene. Najpoznatije su kako NASA i ostale svemirske agencije koriste kombinaciju tekućeg vodika i drugih plinova poput kisika i fluora za napajanje velikih raketa - a van Zemljine atmosfere vodik pohranjen u tekućem obliku koristi se kao pogonsko sredstvo za pomicanje svemirskih vozila. Na zemlji je tekući vodik našao široku primjenu i kao kriogeni rashladni fluid i kao sastavnicu naprednih gorivnih ćelija koje jednog dana mogu napajati automobile, kuće i tvornice.
Pretvaranje plina u tekućinu
Ne ponašaju se svi elementi pod prirodnim temperaturnim rasponom, atmosferskim pritiskom i gravitacijom Zemlje. Voda je jedinstvena po tome što se pod tim uvjetima može kretati između svojih čvrstih, tekućih i plinovitih stanja, ali željezo je po defaultu čvrsto - dok je vodik normalno plin. Čvrsta tvar se može pretvoriti u tekućine i na kraju plinove podnošenjem topline sve dok element ne dosegne talište, a zatim vrelište, a plinovi djeluju obrnuto: Bez obzira na elementarni sastav, plin se može ukapliti hlađenjem, pretvaranjem u tekućinu u točki kondenzacija i kruta na mjestu smrzavanja. Da bi učinkovito skladištili i transportirali vodik za uporabu, plinoviti se element prvo mora pretvoriti u tekućinu, ali elemente poput vodika koji na zemlji postoje kao plinovi prema zadanim postavkama ne mogu se jednostavno ohladiti da bi ih pretvorili u tekućinu. Ti plinovi prvo moraju biti pod pritiskom, kako bi se stvorili uvjeti da tekući element može postojati.
Dolazi do kritičnog pritiska
Vrelište vodika je nevjerojatno nisko - na malo ispod 21 stupanj Kelvina (otprilike -421 stupanj Farenheita) tekući vodik pretvorit će se u plin. A budući da je čisti vodik nevjerojatno zapaljiv, za sigurnost, prvi korak za ukapljivanje vodika je dovođenje njegovog kritičnog tlaka - točke u kojoj je čak i ako je vodik na kritičnoj temperaturi (temperatura pri kojoj samo pritisak ne može pretvoriti plin u tekućinu), prisilit će se da se ukapljuje. Vodonik se pumpa kroz niz kondenzatora, ventila za gas i kompresora da bi ga doveo do tlaka od 13 bara, ili otprilike 13 puta više od standardnog atmosferskog tlaka Zemlje. Dok se to događa, vodik se hladi kako bi održao svoj tekući oblik.
Održavanje stvari hladnim
Iako vodik uvijek mora biti pod tlakom da bi se održavalo tekuće stanje, postupak njegovog hlađenja da bi on ostao tekućina može se razlikovati. Mogu se koristiti male, specijalizirane jedinice za hlađenje, kao i moćni izmjenjivači topline koji djeluju uporedo s postupkom tlaka. Bez obzira na to, plin vodika mora se donijeti pod najmanje 33 stupnja Kelvina (kritična temperatura vodika) da bi postao tekućina. Te se temperature moraju održavati u svakom trenutku kako bi se osiguralo da tekući vodik ostane u tom obliku; pri temperaturama nešto ispod 21 stupnju Kelvina, dostići ćete vrijednost vrelišta vodika, a tekući element će se početi vraćati u plinovito stanje. Ovo održavanje temperature i tlaka čini trenutno skladištenje, transport i korištenje tekućeg vodika toliko skupim.