Innehåll
- TL; DR (för lång; läste inte)
- Använd flytande väte
- Att förvandla gas till flytande
- Kommer till kritiskt tryck
- Att hålla saker svala
Väte är det vanligaste elementet i universum. Den består av en proton och en elektron och är det lättaste elementet som är känt för mänskligheten - och på grund av dess förmåga att transportera energi tillsammans med dess överflöd på jorden kan väte vara nyckeln till en renare och effektivare strömförsörjning. Men när det gäller uppgiften att lagra väte för användning, finns det ett hinder att rensa: Väte finns som en gas som standard men är mest användbar när den lagras som en vätska. Tyvärr är flytande väte inte lika lätt som att förvandla ånga till flytande vatten. Det krävs mycket mer arbete för att skapa flytande väte - men metoder för att göra det har funnits i nästan 150 år, och forskare gör det lättare hela tiden.
TL; DR (för lång; läste inte)
Medan väte vätskes främst för att lagra stora mängder av elementet på en gång, används flytande väte som kryogen kylvätska, som en komponent i avancerade bränsleceller och som en kritisk komponent i det bränsle som används för att driva motorerna i rymdfärjan. För att kondensera väte måste det bringas till sitt kritiska tryck och sedan kylas till temperaturer under 33 grader Kelvin.
Använd flytande väte
Medan forskare fortfarande undersöker sätt att förvandla väte till en användbar, storskalig kraftkälla, används flytande väte för en mängd olika tillämpningar. Mest känt är att NASA och andra rymdbyråer använder en kombination av flytande väte och andra gaser som syre och fluor för att driva stora raketer - och utanför jordens atmosfär används väte lagrat i flytande form som drivmedel för att flytta rymdfarkoster. På jorden har flytande väte också funnit utbredd användning som kryogen kylvätska och som en komponent i avancerade bränsleceller som en dag kan driva bilar, hus och fabriker.
Att förvandla gas till flytande
Inte alla element uppträder på samma sätt under det naturliga temperaturområdet, atmosfärstrycket och jordens gravitation. Vatten är unikt genom att det kan växla mellan dess fasta, flytande och gasformiga tillstånd under dessa förhållanden, men järn är fast som standard - medan väte normalt är gas. Fasta partiklar kan vändas till vätskor och slutligen gaser genom att applicera värme tills elementet når sin smältpunkt och sedan kokpunkten, och gaserna fungerar i omvänd riktning: Oavsett elementkomposition kan en gas kondenseras genom att kyla den, vända till vätska vid punkten för kondens och fast vid fryspunkten. För att effektivt lagra och transportera väte för användning måste det gasformiga elementet först förvandlas till en vätska, men element som väte som finns på jorden som gaser som standard kan inte bara kylas för att förvandla dem till vätskor. Dessa gaser måste trycksättas först för att skapa förhållanden där det flytande elementet kan existera.
Kommer till kritiskt tryck
Vätgaskokpunkten är otroligt låg - vid knappt 21 grader Kelvin (ungefär -421 grader Fahrenheit) kommer flytande väte att förvandlas till en gas. Och eftersom rent väte är oerhört brandfarligt är det första steget att kondensera väte för säkerhets skull att bringa det till sitt kritiska tryck - den punkten, även om väte är vid sin kritiska temperatur (temperaturen vid vilken trycket ensamt inte kan vrida en gas till en vätska), kommer den att tvingas att kondensera. Väte pumpas genom en serie kondensatorer, gasventiler och kompressorer för att bringa det till sitt tryck på 13 bar, eller ungefär 13 gånger jordens normala atmosfärstryck. Medan detta sker kyls väte för att hålla det i sin flytande form.
Att hålla saker svala
Medan väte alltid måste trycksättas för att bibehålla ett flytande tillstånd, kan processen för att kyla ner den för att hålla den en vätska skilja sig åt. Små, specialiserade kylenheter kan användas, liksom kraftfulla värmeväxlare som arbetar tillsammans med trycksättningen. Oavsett, vätgas måste bringas under minst 33 grader Kelvin (vätgas kritisk temperatur) för att bli en vätska. Dessa temperaturer måste upprätthållas hela tiden för att säkerställa att det flytande väte förblir i den formen; vid temperaturer strax under 21 grader Kelvin når du vätgaskokpunkten och vätskeelementet börjar återgå till sitt gasformiga tillstånd. Detta temperatur- och tryckunderhåll är det som gör lagring, transport och användning av flytande väte så dyrt för tillfället.