Contenido
- TL; DR (demasiado largo; no leído)
- Usos de hidrógeno líquido
- Convertir gas en líquido
- Llegando a presión crítica
- Manteniendo las cosas frescas
El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo. Compuesto por un protón y un electrón, es el elemento más liviano conocido por la humanidad, y debido a su capacidad de transportar energía junto con su abundancia en la Tierra, el hidrógeno puede ser la clave para un suministro de energía más eficiente y limpio. Sin embargo, cuando se trata de almacenar hidrógeno para su uso, hay un obstáculo que eliminar: el hidrógeno existe como gas por defecto, pero es más útil cuando se almacena como líquido. Desafortunadamente, licuar hidrógeno no es tan fácil como convertir el vapor en agua líquida. Se necesita mucho más trabajo para crear hidrógeno líquido, pero los métodos para hacerlo han existido durante casi 150 años, y los científicos lo hacen más fácil todo el tiempo.
TL; DR (demasiado largo; no leído)
Mientras que el hidrógeno se licua principalmente para almacenar grandes cantidades del elemento a la vez, el hidrógeno líquido se usa como refrigerante criogénico, como un componente de las celdas de combustible avanzadas y como un componente crítico del combustible utilizado para impulsar los motores de los transbordadores espaciales. Para licuar el hidrógeno, debe llevarse a su presión crítica y luego enfriarse a temperaturas inferiores a 33 grados Kelvin.
Usos de hidrógeno líquido
Si bien los científicos aún están investigando formas de convertir el hidrógeno en una fuente de energía útil a gran escala, el hidrógeno líquido se usa para una variedad de aplicaciones. Lo más famoso es que la NASA y otras agencias espaciales usan una combinación de hidrógeno líquido y otros gases como el oxígeno y el flúor para impulsar grandes cohetes, y fuera de la atmósfera de la Tierra, el hidrógeno almacenado en forma líquida se usa como propulsor para mover vehículos espaciales. En la Tierra, el hidrógeno líquido también ha tenido un uso generalizado como refrigerante criogénico y como componente de celdas de combustible avanzadas que algún día podrían impulsar automóviles, hogares y fábricas.
Convertir gas en líquido
No todos los elementos se comportan igual bajo el rango de temperatura natural, la presión atmosférica y la gravedad de la Tierra. El agua es única en que puede cambiar entre sus estados sólido, líquido y gaseoso en estas condiciones, pero el hierro es sólido por defecto, mientras que el hidrógeno es normalmente gas. Los sólidos se pueden convertir en líquidos y finalmente gases aplicando calor hasta que el elemento alcance su punto de fusión y de ebullición, y los gases funcionan a la inversa: independientemente de la composición elemental, un gas puede licuarse enfriándolo, convirtiéndose en líquido en el punto de fusión. condensación y sólidos en el punto de congelación. Para almacenar y transportar hidrógeno de manera efectiva para su uso, el elemento gaseoso primero debe convertirse en líquido, pero los elementos como el hidrógeno que existen en la Tierra como gases por defecto no pueden simplemente enfriarse para convertirlos en líquidos. Estos gases deben ser presurizados primero, para crear condiciones donde el elemento líquido pueda existir.
Llegando a presión crítica
El punto de ebullición de los hidrógenos es increíblemente bajo: a poco menos de 21 grados Kelvin (aproximadamente -421 grados Fahrenheit), el hidrógeno líquido se convertirá en un gas. Y debido a que el hidrógeno puro es increíblemente inflamable, por razones de seguridad, el primer paso para licuar el hidrógeno es llevarlo a su presión crítica, el punto en el cual, incluso si el hidrógeno está a su temperatura crítica (la temperatura a la cual la presión por sí sola no puede convertir un gas en un líquido), se verá obligado a licuarse. El hidrógeno se bombea a través de una serie de condensadores, válvulas de mariposa y compresores para llevarlo a su presión de 13 bar, o aproximadamente 13 veces la presión atmosférica estándar de la Tierra. Mientras esto ocurre, el hidrógeno se enfría para mantenerlo en su forma líquida.
Manteniendo las cosas frescas
Si bien el hidrógeno siempre debe estar presurizado para mantener un estado líquido, el proceso de enfriamiento para mantenerlo líquido puede ser diferente. Se pueden usar unidades de enfriamiento pequeñas y especializadas, al igual que potentes intercambiadores de calor que funcionan junto con el proceso de presurización. En cualquier caso, el gas de hidrógeno debe someterse a al menos 33 grados Kelvin (temperatura crítica de hidrógenos) para convertirse en un líquido. Estas temperaturas deben mantenerse en todo momento para garantizar que el hidrógeno líquido permanezca en esa forma; a temperaturas de menos de 21 grados Kelvin, alcanza el punto de ebullición del hidrógeno y el elemento líquido comenzará a volver a su estado gaseoso. Este mantenimiento de temperatura y presión es lo que hace que almacenar, transportar y usar hidrógeno líquido sea tan costoso en este momento.