Cómo licuar hidrógeno | ciencia

El hidrógeno es el elemento más abundante en el universo. Compuesto por un protón y un electrón, es el elemento más ligero conocido por la humanidad, y debido a su capacidad para transportar energía junto con su abundancia en la Tierra, el hidrógeno puede ser la clave para un suministro de energía más limpio y eficiente. Sin embargo, cuando se trata de la tarea de almacenar hidrógeno para su uso, hay un obstáculo que superar: 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 vapor en agua líquida. Se necesita mucho más trabajo para crear hidrógeno líquido, pero los métodos para hacerlo existen desde hace 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 utiliza como refrigerante criogénico, como componente de celdas de combustible avanzadas y como 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 por debajo de los 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 oxígeno y 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 encontrado 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 porque puede cambiar entre sus estados sólido, líquido y gaseoso en estas condiciones, pero el hierro es sólido por defecto, mientras que el hidrógeno normalmente es gas. Los sólidos se pueden convertir en líquidos y finalmente en gases mediante la aplicación de calor hasta que el elemento alcanza su punto de fusión y luego de ebullición, y los gases funcionan a la inversa: Independientemente de la composición elemental, un gas se puede licuar enfriándolo, volviéndose líquido en el punto de condensación y sólido 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 la presión crítica

El punto de ebullición del hidrógeno es increíblemente bajo: justo por debajo de los 21 grados Kelvin (aproximadamente -421 grados Fahrenheit), el hidrógeno líquido se convierte en gas. Y debido a que el hidrógeno puro es increíblemente inflamable, por motivos de seguridad, el primer paso para licuar el hidrógeno es llevarlo a su presión crítica, el punto en el que, incluso si el hidrógeno está a su temperatura crítica (la temperatura a la que la presión por sí sola no puede convertir un gas en en un líquido), se verá obligado a licuar. El hidrógeno se bombea a través de una serie de condensadores, válvulas reguladoras 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.

Mantener las cosas frescas

Si bien el hidrógeno siempre debe presurizarse para mantener un estado líquido, el proceso de enfriamiento para mantenerlo líquido puede diferir. Se pueden utilizar unidades de refrigeración pequeñas y especializadas, así como potentes intercambiadores de calor que funcionan junto con el proceso de presurización. Independientemente, el gas de hidrógeno debe estar por debajo de los 33 grados Kelvin (la temperatura crítica del hidrógeno) para convertirse en líquido. Estas temperaturas deben mantenerse en todo momento para garantizar que el hidrógeno líquido se mantenga en esa forma; a temperaturas justo por debajo de los 21 grados Kelvin, se 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.

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