תוֹכֶן
מימן הוא היסוד השופע ביותר ביקום. המורכב מפרוטון אחד ואלקטרון אחד, הוא היסוד הקל ביותר הידוע לאנושות - ובשל יכולתו לשאת אנרגיה יחד עם שפעו על כדור הארץ, מימן עשוי להיות המפתח לספק כוח נקי ויעיל יותר. עם זאת, כשמדובר במשימת אחסון מימן לשימוש, יש מכשול לנקות: מימן קיים כברירת מחדל כגז, אך הוא שימושי ביותר כאשר הוא מאוחסן כנוזל. למרבה הצער, מימן נוזלי אינו קל כמו הפיכת אדים למים נוזליים. דרושה הרבה יותר עבודה כדי ליצור מימן נוזלי - אך השיטות לעשות זאת קיימות כמעט 150 שנה, ומדענים מקלים על כל הזמן.
TL; DR (יותר מדי זמן; לא קרא)
בעוד שמימן נוזלי בעיקר לאחסון כמויות גדולות של היסוד בבת אחת, מימן נוזלי משמש כנוזל קירור קריוגני, כמרכיב בתאי דלק מתקדמים וכרכיב קריטי בדלק המשמש להפעלת המנועים של מעבורות החלל. כדי להמיס מימן, יש להביא אותו ללחץ הקריטי שלו ואז להתקרר לטמפרטורות מתחת ל -33 מעלות קלווין.
שימושים במימן נוזלי
בעוד המדענים עדיין חוקרים דרכים להפוך מימן למקור כוח שימושי בקנה מידה גדול, מימן נוזלי משמש למגוון יישומים. הכי מפורסם, נאס"א וסוכנויות חלל אחרות משתמשות בשילוב של מימן נוזלי וגזים אחרים כמו חמצן ופלואור להעברת רקטות גדולות - ומחוץ לאטמוספרה של כדור הארץ, מימן המאוחסן בצורה נוזלית משמש כמונע להנעה של כלי רכב בחלל. על פני כדור הארץ, מימן נוזלי מצא שימוש נרחב גם כנוזל קירור קריוגני וכרכיב בתאי דלק מתקדמים שעלולים יום אחד להניע מכוניות, בתים ומפעלים.
הפיכת גז לנוזל
לא כל האלמנטים מתנהגים זהים תחת טווח הטמפרטורות הטבעי, הלחץ האטמוספרי וכובד האדמה. מים הם יחודיים בכך שהם יכולים לעבור בין מצבים מוצקים, נוזליים וגזים בתנאים אלה, אך ברזל הוא מוצק כברירת מחדל - ואילו מימן הוא בדרך כלל גז. ניתן להפוך מוצקים לנוזלים ולבסוף לגזים על ידי הפעלת חום עד שהיסוד מגיע להמסתו ואז לנקודת הרתיחה, וגזים עובדים הפוך: ללא קשר להרכב היסודות, ניתן להמיס גז על ידי קירורו, לפנות לנוזל בנקודה של עיבוי ומוצק בנקודת ההקפאה. כדי לאחסן ולהעביר בצורה יעילה מימן לשימוש, ראשית יש להפוך את היסוד הגזי לנוזל, אך אלמנטים כמו מימן הקיימים על פני כדור הארץ כגזים כברירת מחדל אינם יכולים פשוט להתקרר ולהפוך אותם לנוזלים. תחילה יש ללחוץ על גזים אלה, כדי ליצור תנאים בהם היסוד הנוזלי יכול להתקיים.
מגיע ללחץ קריטי
נקודת הרתיחה של הידרוגן נמוכה להפליא - בקצת 21 מעלות קלווין (בערך -421 מעלות פרנהייט) מימן נוזלי יהפוך לגז. ומכיוון שמימן טהור הוא דליק להפליא, למען האבטחה, הצעד הראשון להפצת מימן הוא להביא אותו ללחץ הקריטי שלו - הנקודה בה גם אם המימן נמצא בטמפרטורה הקריטית שלו (הטמפרטורה שבה הלחץ לבדו אינו יכול להפוך גז לנוזל), הוא ייאלץ להזיל נוזלים. המימן נשאב דרך סדרה של מעבים, שסתומי מצערת ומדחסים כדי להביא אותו ללחץ של 13 בר, או בערך פי 13 מהלחץ האטמוספרי הסטנדרטי של כדור הארץ. בזמן שזה מתרחש, מקורר המימן בכדי לשמור עליו בצורתו הנוזלית.
לשמור על קור רוח
אמנם יש ללחוץ תמיד על מימן כדי לשמור על מצב נוזלי, אך תהליך קירורו בכדי לשמור על נוזלו יכול להיות שונה. ניתן להשתמש ביחידות קירור קטנות ומתמחות, כמו גם מחליפי חום עוצמתיים העובדים לצד תהליך לחץ. בלי קשר, יש להביא את גז המימן מתחת לפחות 33 מעלות קלווין (טמפרטורה קריטית של מימן) כדי להפוך לנוזל. יש לשמור על טמפרטורות אלה בכל עת על מנת להבטיח שהימן הנוזלי יישאר בצורה זו; בטמפרטורות מעט מתחת ל 21 מעלות קלווין, מגיעים לנקודת הרתיחה במימן, והיסוד הנוזל יתחיל לחזור למצב הגזי שלו. שמירה על טמפרטורה ולחץ זו היא שהופכת את האחסון, ההובלה והשימוש במימן נוזלי ליקר כל כך כרגע.