Inhalt
- TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
- Flüssiger Wasserstoff verwendet
- Gas in Flüssigkeit verwandeln
- Kritischen Druck ausüben
- Cool bleiben
Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende Element im Universum. Es besteht aus einem Proton und einem Elektron und ist das leichteste Element, das der Menschheit bekannt ist. Aufgrund seiner Fähigkeit, Energie zusammen mit seinem Überfluss auf der Erde zu transportieren, kann Wasserstoff der Schlüssel für eine sauberere und effizientere Stromversorgung sein. Wenn es jedoch darum geht, Wasserstoff für den Gebrauch zu speichern, gibt es eine Hürde, die es zu überwinden gilt: Wasserstoff existiert standardmäßig als Gas, ist jedoch am nützlichsten, wenn er als Flüssigkeit gespeichert wird. Leider ist das Verflüssigen von Wasserstoff nicht so einfach wie das Umwandeln von Dampf in flüssiges Wasser. Die Herstellung von flüssigem Wasserstoff erfordert viel mehr Arbeit - Methoden dafür gibt es jedoch seit fast 150 Jahren, und Wissenschaftler machen es immer einfacher.
TL; DR (zu lang; nicht gelesen)
Während Wasserstoff in erster Linie verflüssigt wird, um große Mengen des Elements auf einmal zu speichern, wird flüssiger Wasserstoff als kryogenes Kühlmittel, als Bestandteil fortschrittlicher Brennstoffzellen und als kritischer Bestandteil des Kraftstoffs verwendet, der zum Antreiben der Motoren von Raumtransportern verwendet wird. Um Wasserstoff zu verflüssigen, muss er auf seinen kritischen Druck gebracht und dann auf Temperaturen unter 33 Grad Kelvin abgekühlt werden.
Flüssiger Wasserstoff verwendet
Während Wissenschaftler noch nach Möglichkeiten suchen, Wasserstoff in eine nützliche, großtechnische Energiequelle umzuwandeln, wird flüssiger Wasserstoff für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet. Am bekanntesten ist, dass die NASA und andere Weltraumagenturen eine Kombination aus flüssigem Wasserstoff und anderen Gasen wie Sauerstoff und Fluor verwenden, um große Raketen anzutreiben - und außerhalb der Erdatmosphäre wird in flüssiger Form gespeicherter Wasserstoff als Treibmittel zum Bewegen von Raumfahrzeugen verwendet. Auf der Erde hat flüssiger Wasserstoff auch als kryogenes Kühlmittel und als Bestandteil fortschrittlicher Brennstoffzellen, die eines Tages Autos, Häuser und Fabriken antreiben können, breite Verwendung gefunden.
Gas in Flüssigkeit verwandeln
Nicht alle Elemente verhalten sich im natürlichen Temperaturbereich, dem atmosphärischen Druck und der Schwerkraft der Erde gleich. Wasser ist insofern einzigartig, als es unter diesen Bedingungen zwischen seinem festen, flüssigen und gasförmigen Zustand wechseln kann. Eisen ist jedoch standardmäßig fest, während Wasserstoff normalerweise Gas ist. Feststoffe können durch Anwendung von Wärme in Flüssigkeiten und schließlich in Gase umgewandelt werden, bis das Element seinen Schmelz- und Siedepunkt erreicht, und Gase funktionieren in umgekehrter Reihenfolge: Unabhängig von der Elementzusammensetzung kann ein Gas verflüssigt werden, indem es abgekühlt wird und an dem Punkt in Flüssigkeit umgewandelt wird Kondensation und Feststoff am Gefrierpunkt. Um Wasserstoff effektiv zu speichern und zu transportieren, muss das gasförmige Element zunächst in eine Flüssigkeit umgewandelt werden. Elemente wie Wasserstoff, die standardmäßig auf der Erde als Gase vorliegen, können jedoch nicht einfach gekühlt werden, um sie in Flüssigkeiten umzuwandeln. Diese Gase müssen zuerst unter Druck gesetzt werden, um Bedingungen zu schaffen, unter denen das flüssige Element existieren kann.
Kritischen Druck ausüben
Der Siedepunkt von Wasserstoff ist unglaublich niedrig - bei knapp 21 Grad Kelvin verwandelt sich flüssiger Wasserstoff in ein Gas. Und weil reiner Wasserstoff unglaublich entflammbar ist, besteht der erste Schritt zur Verflüssigung von Wasserstoff aus Sicherheitsgründen darin, ihn auf seinen kritischen Druck zu bringen - den Punkt, an dem selbst Wasserstoff seine kritische Temperatur hat (die Temperatur, bei der Druck allein kein Gas drehen kann) in eine Flüssigkeit), wird es gezwungen, sich zu verflüssigen. Wasserstoff wird durch eine Reihe von Kondensatoren, Drosselklappen und Kompressoren gepumpt, um ihn auf einen Druck von 13 bar oder ungefähr das 13-fache des normalen Luftdrucks der Erde zu bringen. Währenddessen wird der Wasserstoff gekühlt, um ihn in flüssiger Form zu halten.
Cool bleiben
Während Wasserstoff immer unter Druck gesetzt werden muss, um einen flüssigen Zustand aufrechtzuerhalten, kann der Prozess des Abkühlens, um ihn flüssig zu halten, unterschiedlich sein. Es können kleine, spezialisierte Kühleinheiten sowie leistungsstarke Wärmetauscher verwendet werden, die neben dem Druckbeaufschlagungsprozess arbeiten. Unabhängig davon muss das Wasserstoffgas unter mindestens 33 Grad Kelvin (kritische Wasserstofftemperatur) gebracht werden, um eine Flüssigkeit zu werden. Diese Temperaturen müssen jederzeit eingehalten werden, um sicherzustellen, dass der flüssige Wasserstoff in dieser Form bleibt; Bei Temperaturen knapp unter 21 Grad Kelvin erreichen Sie den Siedepunkt von Wasserstoff und das flüssige Element kehrt in seinen gasförmigen Zustand zurück. Diese Temperatur- und Druckhaltung verteuert derzeit die Speicherung, den Transport und die Verwendung von flüssigem Wasserstoff.