NộI Dung
- TL; DR (Quá dài; Không đọc)
- Sử dụng hydro lỏng
- Biến khí thành chất lỏng
- Đến với áp lực quan trọng
- Giữ mọi thứ mát mẻ
Hydrogen là nguyên tố phong phú nhất trong vũ trụ. Bao gồm một proton và một electron, nó là nguyên tố nhẹ nhất mà loài người biết đến - và do khả năng mang năng lượng cùng với sự phong phú của nó trên Trái đất, hydro có thể là chìa khóa để cung cấp năng lượng sạch hơn, hiệu quả hơn. Tuy nhiên, khi nói đến nhiệm vụ lưu trữ hydro để sử dụng, có một trở ngại cần phải làm rõ: Hydrogen tồn tại dưới dạng khí theo mặc định nhưng hữu ích nhất khi được lưu trữ dưới dạng chất lỏng. Thật không may, hydro hóa lỏng không dễ như biến hơi nước thành nước lỏng. Phải mất nhiều công sức hơn để tạo ra hydro lỏng - nhưng các phương pháp để làm như vậy đã tồn tại gần 150 năm và các nhà khoa học đang làm cho nó dễ dàng hơn mọi lúc.
TL; DR (Quá dài; Không đọc)
Trong khi hydro được hóa lỏng chủ yếu để lưu trữ một lượng lớn nguyên tố cùng một lúc, hydro lỏng được sử dụng làm chất làm lạnh đông lạnh, như một thành phần của pin nhiên liệu tiên tiến và là thành phần quan trọng của nhiên liệu dùng để cung cấp năng lượng cho động cơ của tàu con thoi. Để hóa lỏng hydro, nó phải được đưa đến áp suất tới hạn và sau đó làm nguội đến nhiệt độ dưới 33 độ Kelvin.
Sử dụng hydro lỏng
Trong khi các nhà khoa học vẫn đang nghiên cứu cách biến hydro thành nguồn năng lượng quy mô lớn, hữu ích, hydro lỏng được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Nổi tiếng nhất, NASA và các cơ quan không gian khác sử dụng kết hợp hydro lỏng và các loại khí khác như oxy và flo để cung cấp năng lượng cho tên lửa lớn - và bên ngoài bầu khí quyển Trái đất, hydro được lưu trữ ở dạng lỏng được sử dụng làm nhiên liệu để di chuyển các phương tiện không gian. Trên trái đất, hydro lỏng cũng đã được sử dụng rộng rãi như một chất làm mát đông lạnh và là một thành phần của pin nhiên liệu tiên tiến có thể một ngày nào đó cung cấp năng lượng cho xe hơi, nhà cửa và nhà máy.
Biến khí thành chất lỏng
Không phải tất cả các yếu tố hành xử giống nhau dưới phạm vi nhiệt độ tự nhiên, áp suất khí quyển và trọng lực của Trái đất. Nước là duy nhất ở chỗ nó có thể chuyển đổi giữa các trạng thái rắn, lỏng và khí trong các điều kiện này, nhưng sắt là rắn theo mặc định - trong khi hydro thường là khí. Chất rắn có thể được chuyển thành chất lỏng và cuối cùng là chất khí bằng cách truyền nhiệt cho đến khi phần tử đạt đến độ nóng chảy và sau đó sôi, và chất khí hoạt động ngược lại: Bất kể thành phần nguyên tố, một chất khí có thể được hóa lỏng bằng cách làm lạnh nó, chuyển thành chất lỏng tại điểm ngưng tụ và rắn tại điểm đóng băng. Để lưu trữ và vận chuyển hydro một cách hiệu quả, phần tử khí trước tiên phải được biến thành chất lỏng, nhưng các nguyên tố như hydro tồn tại trên Trái đất dưới dạng khí theo mặc định không thể được làm lạnh để biến chúng thành chất lỏng. Các khí này phải được điều áp trước, để tạo điều kiện trong đó phần tử lỏng có thể tồn tại.
Đến với áp lực quan trọng
Điểm sôi của hydrogens cực kỳ thấp - chỉ dưới 21 độ Kelvin (khoảng -421 độ F), hydro lỏng sẽ biến thành khí. Và bởi vì hydro tinh khiết rất dễ cháy, vì lý do an toàn, bước đầu tiên để hóa lỏng hydro là đưa nó đến áp suất tới hạn - điểm mà ngay cả khi hydro ở nhiệt độ tới hạn (nhiệt độ mà ở đó áp suất không thể biến thành khí thành chất lỏng), nó sẽ bị buộc phải hóa lỏng. Hydrogen được bơm qua một loạt các bình ngưng, van tiết lưu và máy nén để đưa nó đến áp suất 13 bar, hay gấp khoảng 13 lần áp suất khí quyển tiêu chuẩn của Trái đất. Trong khi điều này xảy ra, hydro đang được làm mát để giữ nó ở dạng lỏng.
Giữ mọi thứ mát mẻ
Trong khi hydro phải luôn được điều áp để duy trì trạng thái lỏng, quá trình làm mát nó xuống để giữ cho chất lỏng có thể khác nhau. Các thiết bị làm mát nhỏ, chuyên dụng có thể được sử dụng, vì có thể trao đổi nhiệt mạnh mẽ hoạt động cùng với quá trình điều áp. Bất kể, khí hydro phải được mang dưới ít nhất 33 độ Kelvin (nhiệt độ tới hạn hydrogens) để trở thành một chất lỏng. Những nhiệt độ này phải được duy trì ở mọi thời điểm để đảm bảo rằng hydro lỏng vẫn ở dạng đó; ở nhiệt độ dưới 21 độ Kelvin, bạn đạt đến điểm sôi hydro và nguyên tố lỏng sẽ bắt đầu trở lại trạng thái khí. Bảo trì nhiệt độ và áp suất này là những gì làm cho việc lưu trữ, vận chuyển và sử dụng hydro lỏng trở nên đắt đỏ tại thời điểm này.