Hidrogen lichid: Caracteristici, producție și aplicații

Hidrogenul este cel mai simplu și mai abundent element din univers. Se găsește sub formă de gaz în stele și planete, precum și în diverși compuși chimici și organici, cum ar fi apa. Când se transformă în hidrogen lichid, dobândește proprietăți unice care îl fac util în diferite aplicații, în special în sectoare industriale și în domeniul energetic.

În acest articol, explicăm în detaliu ce este hidrogenul lichid, cum este produs, principalele sale caracteristici și diferitele moduri în care poate fi depozitat și utilizat.

Abundența de hidrogen

Hidrogenul reprezintă mai mult de 70% din materia vizibilă din univers, ceea ce îl face cel mai abundent element. De asemenea, este fundamentală în procese precum formarea și evoluția stelelor. Deși abundent în univers, hidrogenul în forma sa moleculară (H₂) este greu de găsit în stare pură pe Pământ; De obicei este combinat cu alte elemente, ca în cazul apei (H₂O) sau în hidrocarburi precum petrolul și gazele naturale.

Hidrogenul are mai mulți izotopi, care variază în funcție de numărul de neutroni din nucleul său:

• Protiu (1H): Cea mai comună formă de hidrogen, compusă dintr-un singur proton și fără neutroni.
• Deuteriu (2H): Are un neutron și un proton, ceea ce îl face puțin mai greu decât protiul.
• Tritiu (3H): Conține doi neutroni lângă proton, făcându-l și mai greu și mai radioactiv.

Principalele caracteristici ale hidrogenului lichid

Hidrogenul se transformă într-o stare lichidă atunci când este răcit la temperaturi extrem de scăzute, în special -252,87 °C (sau -423,17 °F). Acest proces, deși costisitor, este esențial pentru a-i facilita depozitarea și transportul, deoarece hidrogenul lichid ocupă mult mai puțin volum decât în ​​stare gazoasă.

Printre cele mai remarcabile caracteristici ale hidrogenului lichid, găsim:

• Punct de fierbere scăzut: Fiind atât de rece, poate provoca degerături sau hipotermie dacă este manipulat fără precauții adecvate.
• pericol de sufocare: Dacă hidrogenul lichid sau vaporii acestuia sunt inhalați, acesta poate înlocui oxigenul din plămâni, ceea ce poate provoca sufocare.
• Formarea gheții: Datorită temperaturii sale scăzute, hidrogenul lichid poate forma gheață pe supapele și deschiderile rezervoarelor dvs., ceea ce poate provoca blocaje periculoase.
• Evaporare continuă: Hidrogenul lichid se evaporă constant, generând hidrogen în stare gazoasă. Acest gaz trebuie purjat în mod controlat pentru a evita amestecarea cu aerul și posibilele explozii.

Cum este stocat hidrogenul lichid

Stocarea hidrogenului este una dintre cele mai mari provocări pentru utilizarea sa pe scară largă ca sursă de energie. Având în vedere tendința lor de a se evapora și caracteristicile lor inflamabile, sistemele de depozitare trebuie să fie robuste și sigure.

Există două forme principale de stocare a hidrogenului, în funcție de utilizarea acestuia:

• Sisteme de stocare staționare: Folosit în aplicații la scară largă, cum ar fi instalațiile industriale sau sistemele de generare a energiei. Aceste sisteme sunt de obicei mai puțin restrictive în ceea ce privește spațiul și greutatea.
• Sisteme de depozitare pentru transport: Aici, provocarea este de a menține hidrogenul într-o stare care să permită un transport ușor fără a compromite autonomia vehiculului. Vehiculele alimentate cu hidrogen trebuie să poată stoca cantități suficiente, respectând criteriile de siguranță și eficiență.

Industria transporturilor este în fruntea dezvoltării unor metode de stocare mai eficiente și mai sigure, deoarece hidrogenul lichid oferă una dintre cele mai bune soluții pentru o mobilitate curată în comparație cu combustibilii fosili tradiționali.

În plus, sunt investigate noi tehnologii de stocare, precum utilizarea microsferelor de sticlă, zeoliților sau hidrurilor metalice, care urmăresc îmbunătățirea siguranței și eficienței stocării hidrogenului atât în ​​stare lichidă, cât și gazoasă.

Utilizări și aplicații ale hidrogenului lichid

Hidrogenul lichid este o sursă de energie versatilă care poate fi aplicată în diferite sectoare industriale:

• Răcire industrială: Eficiența sa ridicată îl face un excelent gaz frigorific. Datorită capacității sale de a transmite căldura eficient, hidrogenul este utilizat în sistemele de răcire a motoarelor și în alte echipamente industriale.
• Combustibil alternativ: Hidrogenul este cheia dezvoltării vehiculelor cu celule de combustie, care permit un transport mai curat, cu o gamă asemănătoare vehiculelor cu ardere, dar fără a genera emisii poluante.
• Industrie aerospatiala: Datorită capacității sale de a stoca și elibera cantități mari de energie, hidrogenul a fost folosit de zeci de ani ca combustibil pentru rachete.
• Productia de mancare: În industria alimentară este utilizat în procese precum hidrogenarea grăsimilor pentru a îmbunătăți stabilitatea și durabilitatea produselor precum margarina.

În general, hidrogenul lichid este esențial în sectoarele în care este necesară o sursă de energie curată, care să nu emită CO.₂. Impactul său scăzut asupra mediului îl face o opțiune din ce în ce mai populară pentru decarbonizarea activităților industriale și de transport.

Producția de hidrogen

Hidrogenul poate fi produs prin diverse metode, unele dintre ele mai curate decât altele. Cel mai utilizat proces este reformarea gazelor naturale, care, deși eficient, emite o cantitate considerabilă de CO₂. Cu toate acestea, astăzi, se caută metode mai durabile, precum electroliza apei, proces care, dacă se realizează folosind energie electrică din surse regenerabile, nu emite gaze cu efect de seră.

Se pot distinge trei categorii principale de producție de hidrogen, clasificate după culoare în funcție de impactul lor asupra mediului:

• Hidrogen gri: Este produs din combustibili fosili, în general gaz natural, și generează emisii de dioxid de carbon.
• hidrogen albastru: Similar cu hidrogenul gri, dar cu diferența că emisiile de CO₂ sunt capturate și stocate.
• Hidrogen verde: Cel mai curat dintre toate. Este produs prin electroliza apei folosind energie regenerabilă, fără a genera emisii de carbon.

Viitorul producției de hidrogen este legat de promovarea energiilor regenerabile și de electroliza apei. Fiind o sursă de energie inepuizabilă cu aplicații în diverse domenii, hidrogenul verde joacă un rol fundamental în tranziția către o economie mai durabilă.

Cu o viziune pe termen lung, mai multe țări investesc în infrastructură pentru producția de hidrogen verde. Spania, de exemplu, și-a lansat propria foaie de parcurs pentru a dezvolta o economie bazată pe hidrogen regenerabil, cu scopul de a reduce semnificativ emisiile de CO.₂ în următoarele decenii.

Hidrogenul lichid este prezentat ca o soluție promițătoare în tranziția către o energie mai curată și mai durabilă. Versatilitatea și capacitatea sa de a fi stocate și transportate în cantități mari, combinate cu potențialul său de a decarboniza industria și transportul, îl fac un element cheie în viitorul energiei.