Contente
- TL; DR (muito longo; não leu)
- Usos de hidrogênio líquido
- Transformando gás em líquido
- Chegando à pressão crítica
- Mantendo as Coisas Frias
O hidrogênio é o elemento mais abundante no universo. Composto por um próton e um elétron, é o elemento mais leve conhecido pela humanidade - e devido à sua capacidade de transportar energia junto com sua abundância na Terra, o hidrogênio pode ser a chave para uma fonte de alimentação mais limpa e eficiente. No entanto, quando se trata de armazenar hidrogênio para uso, há um obstáculo a ser resolvido: o hidrogênio existe como gás por padrão, mas é mais útil quando armazenado como líquido. Infelizmente, liquefazer hidrogênio não é tão fácil quanto transformar vapor em água líquida. É preciso muito mais trabalho para criar hidrogênio líquido - mas os métodos para isso existem há quase 150 anos, e os cientistas estão facilitando o tempo todo.
TL; DR (muito longo; não leu)
Enquanto o hidrogênio é liquefeito principalmente para armazenar grandes quantidades do elemento de uma só vez, o hidrogênio líquido é usado como refrigerante criogênico, como componente de células de combustível avançadas e como componente crítico do combustível usado para alimentar os motores de ônibus espaciais. Para liquefazer o hidrogênio, ele deve ser levado à pressão crítica e depois resfriado a temperaturas abaixo de 33 graus Kelvin.
Usos de hidrogênio líquido
Enquanto os cientistas ainda estão pesquisando maneiras de transformar o hidrogênio em uma fonte de energia útil em larga escala, o hidrogênio líquido é usado para uma variedade de aplicações. O mais famoso é que a NASA e outras agências espaciais usam uma combinação de hidrogênio líquido e outros gases como oxigênio e flúor para alimentar grandes foguetes - e fora da atmosfera da Terra, o hidrogênio armazenado na forma líquida é usado como propulsor para mover veículos espaciais. Na Terra, o hidrogênio líquido também tem sido amplamente utilizado como refrigerante criogênico e como componente de células de combustível avançadas que podem um dia abastecer carros, residências e fábricas.
Transformando gás em líquido
Nem todos os elementos se comportam da mesma forma na faixa de temperatura natural, pressão atmosférica e gravidade da Terra. A água é única, pois pode alternar entre seus estados sólido, líquido e gasoso nessas condições, mas o ferro é sólido por padrão - enquanto o hidrogênio é normalmente gás. Os sólidos podem ser transformados em líquidos e, finalmente, gases aplicando calor até que o elemento atinja seu ponto de fusão e ebulição, e os gases funcionem ao contrário: independentemente da composição elementar, um gás pode ser liquefeito por um resfriamento, transformando-se em líquido no ponto de condensação e sólido no ponto de congelamento. Para efetivamente armazenar e transportar hidrogênio para uso, o elemento gasoso deve primeiro ser transformado em líquido, mas elementos como o hidrogênio que existem na Terra como gases por padrão não podem ser apenas resfriados para transformá-los em líquidos. Esses gases devem ser pressurizados primeiro, para criar condições em que o elemento líquido possa existir.
Chegando à pressão crítica
O ponto de ebulição dos hidrogênios é incrivelmente baixo - a pouco menos de 21 graus Kelvin (aproximadamente -421 graus Fahrenheit), o hidrogênio líquido se transforma em gás. E como o hidrogênio puro é incrivelmente inflamável, pelo menos o primeiro passo para liquefazer o hidrogênio é trazê-lo à sua pressão crítica - o ponto em que, mesmo que o hidrogênio esteja em sua temperatura crítica (a temperatura na qual a pressão por si só não pode transformar um gás) líquido), será forçado a liquefazer. O hidrogênio é bombeado através de uma série de condensadores, válvulas de aceleração e compressores para trazê-lo à sua pressão de 13 bar, ou aproximadamente 13 vezes a pressão atmosférica padrão da Terra. Enquanto isso ocorre, o hidrogênio está sendo resfriado para mantê-lo em sua forma líquida.
Mantendo as Coisas Frias
Enquanto o hidrogênio sempre deve ser pressurizado para manter um estado líquido, o processo de resfriamento para manter um líquido pode diferir. Podem ser usadas unidades de resfriamento pequenas e especializadas, assim como poderosos trocadores de calor que funcionam ao lado do processo de pressurização. Independentemente disso, o gás hidrogênio deve ser colocado a pelo menos 33 graus Kelvin (temperatura crítica dos hidrogênios) para se tornar um líquido. Essas temperaturas devem ser mantidas o tempo todo para garantir que o hidrogênio líquido permaneça nessa forma; a temperaturas abaixo de 21 graus Kelvin, você alcança o ponto de ebulição do hidrogênio e o elemento líquido começa a retornar ao seu estado gasoso. Essa manutenção de temperatura e pressão é o que torna o armazenamento, o transporte e o uso de hidrogênio líquido tão caros no momento.