A hidrogén a világegyetem legegyszerűbb és legelterjedtebb eleme. Gáz formájában megtalálható csillagokban és bolygókban, valamint különféle kémiai és szerves vegyületekben, például vízben. Amikor átalakul azzá folyékony hidrogén, olyan egyedi tulajdonságokra tesz szert, amelyek hasznossá teszik a különböző alkalmazásokban, különösen az ipari szektorokban és az energia területén.
Ebben a cikkben részletesen elmagyarázzuk, mi az a folyékony hidrogén, hogyan állítják elő, főbb jellemzőit, valamint tárolási és felhasználási módjait.
Hidrogén bőség
A hidrogén az univerzum látható anyagának több mint 70%-át teszi ki, így ez a legelterjedtebb elem. Olyan folyamatokban is alapvető, mint a csillagok kialakulása és fejlődése. Bár az univerzumban bővelkedik, a hidrogén molekuláris formájában (H2) tiszta állapotában nehéz megtalálni a Földön; Általában más elemekkel kombinálják, mint például a víz esetében (H2O) vagy szénhidrogénekben, például olajban és földgázban.
A hidrogénnek számos izotópja van, amelyek a magjában lévő neutronok számától függően változnak:
- Protium (1H): A hidrogén leggyakoribb formája, amely egyetlen protonból áll, neutronok nélkül.
- Deutérium (2H): Egy neutronja és egy protonja van, így valamivel nehezebb, mint a protium.
- Trícium (3H): Két neutront tartalmaz a proton mellett, így még nehezebb és radioaktívabb.
A folyékony hidrogén főbb jellemzői
A hidrogén folyékony halmazállapotúvá válik, ha rendkívül alacsony hőmérsékletre, különösen -252,87 °C-ra (vagy -423,17 °F) lehűtik. Ez az eljárás, bár drága, elengedhetetlen a tárolás és szállítás megkönnyítéséhez, mivel a folyékony hidrogén sokkal kisebb térfogatot foglal el, mint gáz halmazállapotú állapotban.
A folyékony hidrogén legkiemelkedőbb tulajdonságai között találjuk:
- Alacsony forráspont: Mivel olyan hideg, fagyási sérülést vagy hipotermiát okozhat, ha megfelelő óvintézkedések nélkül kezelik.
- fulladást okozhat: Ha folyékony hidrogént vagy gőzeit belélegzik, az oxigént helyettesíthet a tüdőben, ami fulladást okozhat.
- Jégképződés: Alacsony hőmérséklete miatt a folyékony hidrogén jeget képezhet a tartályok szelepein és nyílásain, ami veszélyes eltömődéseket okozhat.
- Folyamatos párolgás: A folyékony hidrogén folyamatosan elpárolog, és gáz halmazállapotú hidrogén keletkezik. Ezt a gázt ellenőrzött módon kell öblíteni, hogy elkerüljük a levegővel való keveredést és az esetleges robbanást.
Hogyan tárolják a folyékony hidrogént
A hidrogéntárolás jelenti az egyik legnagyobb kihívást energiaforrásként való széleskörű felhasználása miatt. A tárolórendszereknek robusztusnak és biztonságosnak kell lenniük párolgási hajlamuk és gyúlékony tulajdonságaik miatt.
A hidrogén tárolásának két fő formája van a felhasználástól függően:
- Helyhez kötött tárolórendszerek: Nagyméretű alkalmazásokban, például ipari üzemekben vagy energiatermelő rendszerekben használják. Ezek a rendszerek általában kevésbé korlátozzák a helyet és a súlyt.
- Tárolórendszerek szállításhoz: Itt a kihívás a hidrogén olyan állapotban tartása, amely lehetővé teszi a könnyű szállítást a jármű autonómiájának veszélyeztetése nélkül. A hidrogénüzemű járműveknek elegendő mennyiséget kell tárolniuk a biztonsági és hatékonysági kritériumok betartása mellett.
A közlekedési ágazat élen jár a hatékonyabb és biztonságosabb tárolási módszerek kifejlesztésében, mivel a folyékony hidrogén a hagyományos fosszilis tüzelőanyagokhoz képest a tiszta mobilitás egyik legjobb megoldása.
Emellett olyan új tárolási technológiákat is vizsgálnak, mint például üveg mikrogömbök, zeolitok vagy fémhidridek alkalmazása, amelyek a hidrogén tárolásának biztonságát és hatékonyságát kívánják javítani mind folyékony, mind gáz halmazállapotban.
A folyékony hidrogén felhasználása és alkalmazása
A folyékony hidrogén sokoldalú energiaforrás, amely különböző ipari szektorokban alkalmazható:
- Ipari hűtés: Magas hatásfokának köszönhetően kiváló hűtőgáz. Hatékony hőátadó képességének köszönhetően a hidrogént a motor hűtőrendszereiben és más ipari berendezésekben használják.
- Alternatív üzemanyag: A hidrogén kulcsfontosságú az üzemanyagcellás járművek fejlesztésében, amelyek tisztább közlekedést tesznek lehetővé, a belső égésű járművekéhez hasonló hatótávolsággal, de nem okoznak szennyező kibocsátást.
- Repülőipar: Nagy mennyiségű energia tárolására és felszabadítására való képességének köszönhetően a hidrogént évtizedek óta használják rakéta-üzemanyagként.
- Ételgyártás: Az élelmiszeriparban olyan eljárásokban használják, mint például a zsírok hidrogénezése, hogy javítsák az olyan termékek stabilitását és tartósságát, mint a margarin.
Általánosságban elmondható, hogy a folyékony hidrogén elengedhetetlen azokban az ágazatokban, ahol tiszta energiaforrásra van szükség, amely nem bocsát ki CO-t.2. Alacsony környezeti hatása miatt egyre népszerűbb lehetőség az ipari és szállítási tevékenységek szén-dioxid-mentesítésére.
Hidrogén termelés
A hidrogént különféle módszerekkel lehet előállítani, egyesek tisztábbak, mint mások. A leggyakrabban alkalmazott eljárás a földgáz reformálása, amely bár hatékony, de jelentős mennyiségű CO-t bocsát ki2. Napjainkban azonban fenntarthatóbb módszereket keresnek, mint például a vízelektrolízist, amely folyamatot, ha megújuló forrásból származó villamos energiával hajtják végre, nem bocsát ki üvegházhatású gázokat.
A hidrogéntermelésnek három fő kategóriája különböztethető meg, amelyek szín szerint osztályozhatók környezeti hatásuk szerint:
- Szürke hidrogén: Fosszilis tüzelőanyagokból, általában földgázból állítják elő, és szén-dioxid-kibocsátást termel.
- kék hidrogén: Hasonló a szürke hidrogénhez, de azzal a különbséggel, hogy CO-kibocsátás2 rögzítik és tárolják.
- Zöld hidrogén: A legtisztább az összes közül. Víz elektrolízisével állítják elő megújuló energia felhasználásával, szén-dioxid kibocsátás nélkül.
A hidrogéntermelés jövője a megújuló energiák támogatásához és a víz elektrolíziséhez kapcsolódik. A zöld hidrogén kimeríthetetlen energiaforrásként számos területen alkalmazható, ezért alapvető szerepet játszik a fenntarthatóbb gazdaság felé való átállásban.
Hosszú távú elképzelésekkel több ország fektet be a zöld hidrogén előállítását szolgáló infrastruktúrába. Spanyolország például elindította saját útitervét a megújuló hidrogénre épülő gazdaság fejlesztésére, melynek célja a CO-kibocsátás jelentős csökkentése.2 az elkövetkező évtizedekben.
A folyékony hidrogént ígéretes megoldásként mutatják be a tisztább és fenntarthatóbb energiára való átállásban. Sokoldalúsága és nagy mennyiségben tárolható és szállítható képessége, valamint az ipar és a szállítás szén-dioxid-mentesítésének lehetősége, kulcsfontosságú elemévé teszik az energia jövőjének.