Sisältö
- TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
- Nestemäinen vetykäyttö
- Kaasun muuttaminen nestemäiseksi
- Tulossa kriittiseen paineeseen
- Pidä asiat viileinä
Vety on maailmankaikkeuden runsain alkuaine. Koostuu yhdestä protonista ja yhdestä elektronista, ja se on kevyin ihmiskunnan tuntema elementti - ja vedyn kyvystä kuljettaa energiaa sekä runsauden maan päällä, voi olla avain puhtaampaan, tehokkaampaan virtalähteeseen. Käytettäessä vedyn varastointiin liittyvää tehtävää on kuitenkin tyhjentävä este: Vetyä esiintyy oletuksena kaasuna, mutta se on hyödyllisin nestettä varastoitaessa. Valitettavasti vedyn nesteyttäminen ei ole yhtä helppoa kuin höyryn muuttaminen nestemäiseksi vedeksi. Nestemäisen vedyn luominen vie paljon enemmän työtä - mutta menetelmät sitä varten ovat olleet olemassa jo lähes 150 vuotta, ja tutkijat tekevät siitä jatkuvaa helpotusta.
TL; DR (liian pitkä; ei lukenut)
Vaikka vety nesteytetään pääasiassa suurten määrien alkuaineiden varastoimiseksi kerralla, nestemäistä vetyä käytetään kryogeenisena jäähdytysnesteenä, edistyneiden polttokennojen osana ja kriittisenä komponenttina polttoaineessa, jota käytetään avaruussukkulaiden moottoreihin. Vedyn nesteyttämiseksi se on saatettava kriittiseen paineeseensa ja jäähdytettävä sitten lämpötilaan, joka on alle 33 celsiusastetta.
Nestemäinen vetykäyttö
Vaikka tutkijat etsivät edelleen tapoja muuttaa vety hyödylliseksi, suuren mittakaavan energialähteeksi, nestemäistä vetyä käytetään moniin sovelluksiin. Tunnetuimmin, NASA ja muut avaruusjärjestöt käyttävät nestemäisen vedyn ja muiden kaasujen, kuten hapen ja fluorin, yhdistelmää suurten rakettien syöttämiseen - ja maapallon ilmakehän ulkopuolella nestemäisessä muodossa varastoitua vetyä käytetään ponneaineena avaruusajoneuvojen liikuttamiseen. Maapallolla nestemäinen vety on myös löytänyt laajalle levinneen käytön kryogeenisena jäähdytysnesteenä ja edistyneiden polttokennojen osana, jotka voivat yhtenä päivänä käyttää autoja, koteja ja tehtaita.
Kaasun muuttaminen nestemäiseksi
Kaikki elementit eivät käyttäydy samalla tavalla maan luonnollisessa lämpötila-alueella, ilmakehän paineessa ja painovoimassa. Vesi on ainutlaatuista siinä mielessä, että se voi siirtyä kiinteissä, nestemäisissä ja kaasumaisissa tiloissaan näissä olosuhteissa, mutta rauta on oletuksena kiinteää - kun taas vety on normaalisti kaasu. Kiinteät aineet voidaan muuttaa nesteiksi ja lopulta kaasuiksi soveltamalla lämpöä, kunnes elementti saavuttaa sulamispisteensä ja sitten kiehumispisteensä, ja kaasut toimivat päinvastaisesti: Alkuainekoostumuksesta riippumatta kaasu voidaan nesteyttää jäähdyttämällä sitä muuttamalla nesteeksi polttoainepisteessä. tiivistyvä ja kiinteä jäätymispisteessä. Vetyjen tehokkaan varastoinnin ja kuljettamisen käyttöä varten kaasumainen elementti on ensin muutettava nesteeksi, mutta maapallossa olevina maakaasuna esiintyviä vetylajeja, kuten vetyä, ei voida vain jäähdyttää niiden muuttamiseksi nesteiksi. Nämä kaasut on paineistettava ensin, jotta voidaan luoda olosuhteet, joissa nestemäinen elementti voi esiintyä.
Tulossa kriittiseen paineeseen
Vetyjen kiehumispiste on uskomattoman matala - vajaan 21 asteen kelvinissä (karkeasti -421 astetta Fahrenheit), nestemäinen vety muuttuu kaasuksi. Ja koska puhdas vety on uskomattoman syttyvää, safetien kannalta ensimmäinen askel vetyjen nesteyttämisessä on saattaa se kriittiseen paineeseensa - kohtaan, jossa vety onkin kriittisessä lämpötilassaan (lämpötila, jossa paine yksin ei pysty kääntämään kaasua) nesteeksi), se pakotetaan nesteytymään. Vetyä pumpataan lauhduttimien, kaasuventtiilien ja kompressorien läpi, jotta se saadaan 13 baarin paineeseen tai suunnilleen 13-kertainen maapallon normaaliin ilmanpaineeseen verrattuna. Tämän tapahtuessa vety jäähdytetään pitämään se nestemäisessä muodossaan.
Pidä asiat viileinä
Vaikka vetyä on aina paineistettava nestemäisen tilan ylläpitämiseksi, sen jäähdytysprosessi nesteen pitämiseksi voi vaihdella. Pieniä, erikoistuneita jäähdytysyksiköitä voidaan käyttää, samoin kuin voimakkaita lämmönvaihtimia, jotka toimivat paineistusprosessin rinnalla. Siitä huolimatta vetykaasu on saatettava nesteeksi vähintään 33 celsiusastetta (vetyjen kriittinen lämpötila). Nämä lämpötilat on pidettävä jatkuvasti, jotta voidaan varmistaa, että nestemäinen vety pysyy muodossa; lämpötiloissa, jotka ovat alle 21 Kelvin-astetta, saavutat vedyn kiehumispisteen, ja nestemäinen elementti alkaa palata kaasumaiseen tilaansa. Tämä lämpötilan ja paineen ylläpitäminen tekee siitä, että nestemäisen vedyn varastointi, kuljetus ja käyttö on tällä hetkellä niin kallista.