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Autor Thema: Slush Hydrogen Sammelthread  (Gelesen 1006 mal)

Offline Stefan307

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Slush Hydrogen Sammelthread
« am: 08. März 2018, 13:23:33 »
Hallo
da der Begriff bisher im Forum erst einmal auftaucht finde ich einen Sammethread zu dem Thema interesannt.
Kurz zum Hintergrund, es geht darum das Volumen der Wasserstofftanks und damit deren Leermasse zu reduzieren. Zu diesem Zweck soll Wasserstoff nicht Flüssig sondern in quasi fester (zähflüssiger) Form in den Tanks einer Rakete gelagert werden. Das ganze findet bei noch niedrigeren Temperaturen statt, wäre also eine echte "Grenztechnologie"
https://en.wikipedia.org/wiki/Slush_hydrogen
Ein NASA report im Zusammenhang zum National Space Plane:
https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19900004952.pdf

Die Volumenreduktion zu LH2 beträt ca: 16-20%

MFG S

PS: Wie wird der Flüssige Wasserstoff für Raketen eigentlich heute hergestellt? Man findet zu dem Thema meist nur Artikel in zusammenhang mit der Energiewende und irdischen Energiekreisläufen...

lngo

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Re: Slush Hydrogen Sammelthread
« Antwort #1 am: 08. März 2018, 16:46:20 »
Der meiste Wasserstoff fällt bei der Produktion von Vorchemikalien in Steamcracker an - zunehmend mehr durch den Shift von leichteren (Propan/Butan anstelle benzinartigem Naphta) Eingangsstoffen.
Abgetrennt wird der Wasserstoff in der Coldbox durch kühlen bis zur (Teil)Verflüssigung der Ausgangsstoffe Ethylen, Propylen, Wasserstoff, Methan, Ethan und 'Schwerere'. Wasserstoff verlässt die Coldbox mit ca. -130º, Wärmeintegration wärmt es bis auf +10ºC auf. Druck bis 30 barg.

Wasserstoff hat, im Gegensatz zu anderen Gasen wie auch Luft, einen negativen Joule-Thompson Koeffizient. Es kühlt sich damit beim Verdichten ab. Ab ca. -77ºC kehrt sich das aber leider wieder um"

Quelle: http://www.iee.tu-clausthal.de/fileadmin/downloads/Scripte/W8830K5.pdf

Ab hier kenne ich leider nur noch wenig aus. Zur Verflüssigung wird aber stets ein hochintegrierter Prozess (ähnlich des Lindeprozess für Luft) genutzt, ein Schaubild:

Quelle: http://www.brighthubengineering.com/hvac/23478-liquefaction-of-hydrogen/#imgn_0

Wichtig ist das nach der Verflüssigung LH2 als Ortho- und Parawasserstoff vorliegt. Mit der Zeit wandelt sich Ortho->Para um, wodurch genug Energie frei wird um LH2 wieder zu verdampfen. Es muss also weitergekühlt (kann durch Katalysatoren beschleunigt werden) werden bis der Ortho-Anteil möglichst gering wird.

Weitere, interessante Folien auf die ich gestoßen bin (english, PDF):
http://www.phys.ufl.edu/courses/phy4550-6555c/spring11/liquefaction-2011.pdf
https://www.hydrogen.energy.gov/pdfs/review11/pd018_schwartz_2011_p.pdf

Offline Stefan307

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Re: Slush Hydrogen Sammelthread
« Antwort #2 am: 08. März 2018, 19:45:14 »
Oh, ich scheine mal wieder ein "Wespennest" getroffen zu haben. Danke Ingo für die Infos.

MFG S

lngo

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Re: Slush Hydrogen Sammelthread
« Antwort #3 am: 08. März 2018, 21:13:08 »
Nach dem Verflüssigen (und überwiegendem Umwandeln in para-LH2) wird die Temperatur vermutlich durch Anlegen von Vakuum bis weiter gekühlt. Dadurch wird Wärme entzogen, welche die verbleibende Flüssigkeit kühlt. Das ist vermutlich die einzige Möglichkeit, da es bis auf Helium keine geringer siedenden Stoffe gibt.

Beispielsweise kann Wasser, ohne andersweitig Wärme abzuziehen (man stelle sich ein in einem Topf kondensierter Wasserdampf in einem Zimmer voller Wasserdampf vor), durch Anlegen von Vakuum auf bis zu 0ºC gekühlt werden - wodurch natürlich der Großteil des vorhandenen Wassers verdampft.

Bei Para-Wasserstoff (hab' Quellen gefunden wonach Raketentreibstoff weniger als 0.1% Orthowasserstoff enthält) sieht die Siedekurve so aus:

Ausschnitt, Quelle: https://www.bnl.gov/magnets/staff/gupta/cryogenic-data-handbook/Section3.pdf

Es kann höchstens auf den Trippelpunkt (13.8K) herabgekühlt werden. Wird das Vakuum weiter angelegt, wird die entzogene Verdampfungswärme den verbleibenden Wasserstoff 'einfrieren'.
The continuous freeze technique used for slush hydrogen involves pulling a continuous vacuum over triple point liquid and using a solid hydrogen mechanical ice-breaker to disrupt the surface of the freezing hydrogen.

Offline Stefan307

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Re: Slush Hydrogen Sammelthread
« Antwort #4 am: 08. März 2018, 21:57:16 »
Wer sich jetzt wie ich fragt was ein Trippelpunkt ist, hier ist es für Wasser erklärt https://de.wikipedia.org/wiki/Tripelpunkt
Das ganze bedeutet also das der Tank auf einem Unterdruck von ca 70 mbar gehalten werden müsste...
MFG S
« Letzte Änderung: 09. März 2018, 17:30:51 von Stefan307 »

Offline Stefan307

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Re: Slush Hydrogen Sammelthread
« Antwort #5 am: 11. März 2018, 14:21:31 »

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