Contenu
- TL; DR (Trop long; n'a pas lu)
- Utilisations d'hydrogène liquide
- Conversion de gaz en liquide
- Venir à la pression critique
- Garder les choses au frais
L'hydrogène est l'élément le plus abondant dans l'univers. Composé d'un proton et d'un électron, il s'agit de l'élément le plus léger que l'homme connaisse. De plus, en raison de sa capacité à transporter de l'énergie et de son abondance sur Terre, l'hydrogène peut être la clé d'une alimentation plus propre et plus efficace. Cependant, lorsqu'il s'agit de stocker l'hydrogène à des fins d'utilisation, il existe un obstacle à éliminer: l'hydrogène existe sous forme de gaz par défaut, mais il est plus utile lorsqu'il est stocké sous forme liquide. Malheureusement, l'hydrogène liquéfiant n'est pas aussi facile que de transformer la vapeur en eau liquide. Il faut beaucoup plus de travail pour créer de l'hydrogène liquide - mais des méthodes pour le faire existent depuis près de 150 ans et les scientifiques le facilitent tout le temps.
TL; DR (Trop long; n'a pas lu)
Alors que l'hydrogène est principalement liquéfié pour stocker simultanément de grandes quantités de l'élément, l'hydrogène liquide est utilisé comme réfrigérant cryogénique, en tant que composant de piles à combustible de pointe et en tant que composant essentiel du carburant utilisé pour alimenter les moteurs des navettes spatiales. Pour liquéfier l'hydrogène, il doit être amené à sa pression critique, puis refroidi à des températures inférieures à 33 degrés Kelvin.
Utilisations d'hydrogène liquide
Les scientifiques cherchent toujours des moyens de transformer l'hydrogène en une source d'énergie utile à grande échelle, mais l'hydrogène liquide est utilisé dans diverses applications. De manière très connue, la NASA et d’autres agences spatiales utilisent une combinaison d’hydrogène liquide et d’autres gaz comme l’oxygène et le fluor pour propulser de grandes fusées. En dehors de l’atmosphère de la Terre, l’hydrogène stocké sous forme liquide sert de propulseur pour déplacer des véhicules spatiaux. Sur Terre, l'hydrogène liquide a également été largement utilisé comme fluide de refroidissement cryogénique et comme composant de piles à combustible perfectionnées pouvant alimenter un jour les voitures, les maisons et les usines.
Conversion de gaz en liquide
Tous les éléments ne se comportent pas de la même manière dans la plage de température naturelle, la pression atmosphérique et la gravité de la Terre. L'eau est unique en ce sens qu'elle peut basculer entre ses états solide, liquide et gazeux dans ces conditions, mais le fer est par défaut solide - alors que l'hydrogène est normalement un gaz. Les solides peuvent être transformés en liquides et finalement en gaz en appliquant de la chaleur jusqu'à ce que l'élément atteigne sa fusion et son point d'ébullition, et que les gaz agissent en sens inverse: quelle que soit la composition élémentaire, un gaz peut être liquéfié en le refroidissant et en se transformant en liquide condensation et solide au point de congélation. Pour stocker et transporter efficacement l'hydrogène nécessaire à son utilisation, l'élément gazeux doit d'abord être transformé en un liquide, mais des éléments tels que l'hydrogène existant sur Terre sous forme de gaz ne peuvent pas simplement être refroidis pour les transformer en liquides. Ces gaz doivent d'abord être mis sous pression pour créer des conditions propices à la présence de l'élément liquide.
Venir à la pression critique
Le point d'ébullition de l'hydrogène est incroyablement bas - à un peu moins de 21 degrés Kelvin (environ -421 degrés Fahrenheit), l'hydrogène liquide se transformera en un gaz. Et parce que l’hydrogène pur est incroyablement inflammable, par souci de sécurité, la première étape pour le liquéfier est de le ramener à sa pression critique - le point auquel, même si l’hydrogène est à sa température critique (la température à laquelle la pression ne peut à elle seule faire tourner un gaz en liquide), il sera obligé de se liquéfier. L'hydrogène est pompé à travers une série de condenseurs, de vannes d'étranglement et de compresseurs afin de l'amener à sa pression de 13 bar, soit environ 13 fois la pression atmosphérique normale de la Terre. Pendant ce temps, l’hydrogène est refroidi pour le conserver sous sa forme liquide.
Garder les choses au frais
Alors que l'hydrogène doit toujours être mis sous pression pour maintenir un état liquide, le processus de refroidissement pour conserver un liquide peut différer. Vous pouvez utiliser de petites unités de refroidissement spécialisées, ainsi que des échangeurs de chaleur puissants fonctionnant parallèlement au processus de pressurisation. Quoi qu'il en soit, le gaz hydrogène doit être soumis à une température minimale de 33 degrés Kelvin (température critique des hydrogènes) pour devenir un liquide. Ces températures doivent être maintenues à tout moment pour que l’hydrogène liquide reste sous cette forme; à une température juste inférieure à 21 degrés Kelvin, vous atteignez le point d'ébullition de l'hydrogène et l'élément liquide commencera à revenir à son état gazeux. C'est ce maintien de la température et de la pression qui rend le stockage, le transport et l'utilisation d'hydrogène liquide si coûteux pour le moment.