Ampliando o Hidrogênio

A mais recente iteração desse dispositivo, chamado criostato, está agora pronta para permitir a ampla adoção industrial do hidrogênio, em forma líquida, como transportador de energia.

“Isso é importante para o progresso e o futuro”, disse Fesmire, explicando que o novo sistema Cryostat CS900 é essencial para o manuseio prático do hidrogênio, incluindo liquefação, armazenamento e distribuição.

O dispositivo é uma plataforma de teste de simulação que replica ambientes do mundo real (e do espaço real) para demonstrar como o hidrogênio líquido e outros líquidos criogênicos se comportam sob condições controladas, gerando dados essenciais para o desenvolvimento de tanques avançados de hidrogênio líquido para veículos terrestres, marítimos e aéreos; tanques de armazenamento terrestre; e a tubulação de transferência entre eles.

A visão para levar isso adiante

O trabalho de Fesmire há mais de 30 anos para quantificar a pequena quantidade de calor transmitida por cobertores feitos com aerogel, que ainda é o melhor isolante da Terra, resultou em seu primeiro criostato, um dispositivo baseado em nitrogênio líquido para testar isolamento térmico em temperaturas criogênicas. Uma versão de segunda geração desse instrumento, o Cryostat CS100, está operando desde 2006 no Cryogenics Test Laboratory, que Fesmire fundou no Kennedy Space Center da NASA na Flórida.

Fesmire passou a projetar uma série de criostatos para a NASA ( Spinoff 2013 ) com diferentes capacidades e melhorias, todos agora vendidos pela GenH2 Corp., uma empresa sediada em Titusville, Flórida, que Fesmire cofundou pouco antes de se aposentar da agência espacial em 2021.

A GenH2 tem licenças da NASA para quatro modelos de criostato e oferece vários outros para os quais as patentes da agência espacial expiraram. A empresa comercializou e vendeu com sucesso três desses dispositivos nacional e internacionalmente para a indústria e a academia.

“Nós somos os inventores”, disse a Dra. Martha Williams, que se juntou à equipe fundadora da GenH2 após uma carreira de quase 30 anos na Kennedy. “Temos as licenças, mas também temos a base de conhecimento e a visão para poder levar as tecnologias adiante.”

Mantendo os padrões

O conjunto de conhecimento que Fesmire construiu na NASA com seus criostatos e as bibliotecas de dados que ele gerou forneceram a base para os primeiros padrões internacionais para testar sistemas de isolamento criogênico.

Adam Swanger, colega de Fesmire e Williams na NASA e que agora chefia o Laboratório de Testes Criogênicos, disse que os padrões de Fesmire e a capacidade de medir a transferência de calor em temperaturas criogênicas tornaram os sistemas de fluidos e o armazenamento de líquidos em geral muito mais eficientes.

Para voos espaciais, na ausência de ar, o combustível de foguete requer um propelente oxidante, tipicamente oxigênio líquido, com um ponto de ebulição extremamente frio. O hidrogênio líquido, o combustível de foguete de escolha da NASA, e também usado para geração de energia elétrica no espaço, é ainda mais frio.

“O isolamento e a caracterização adequada dele nessas temperaturas são cruciais para projetar sistemas de propelentes criogênicos eficientes, especialmente para tanques de armazenamento muito grandes como os que temos em Kennedy, e para voos espaciais de longa duração”, disse Swanger.

Algumas perdas por ebulição são geralmente inevitáveis ​​para gases líquidos. “Você nunca pode impedir que o calor chegue ao líquido do ambiente — você só pode retardá-lo, mas pode retardá-lo significativamente”, disse Swanger. “Quanto melhor for o isolamento, mais você pode retardá-lo. Com menos calor entrando, você reduz suas perdas para um sistema mais eficiente e econômico.”

O Cryostat CS900 da GenH2, além de gerar dados de teste para orientar o design de sistemas de armazenamento e transporte de hidrogênio, está pronto para ajudar a GenH2 e outras empresas ao redor do mundo a desenvolver padrões adicionais para isolamento térmico para aplicações criogênicas e outras aplicações extremas. Esses padrões continuarão a informar sistemas de hidrogênio líquido ainda mais eficientes para tudo, desde usos residenciais até as maiores aplicações industriais.

“Estamos fazendo isso porque deveríamos”

“O campo da criogenia é fundamental para algumas das conquistas mais impressionantes da história da humanidade, incluindo voos espaciais”, disse Swanger, citando máquinas de ressonância magnética, aceleradores de partículas e telescópios espaciais como tecnologias que dependem da criogenia. Criostatos, como os oferecidos pela GenH2, também ajudam a otimizar o isolamento para pesquisa médica, refrigeração e processamento e transporte de alimentos.

O hidrogênio líquido está atualmente atraindo investimentos significativos ao redor do mundo. “Você pode produzir e consumir hidrogênio — ciclo de vida completo — sem nenhuma emissão”, observou Swanger. “Atualmente, é o único combustível que pode reivindicar isso.”

A capacidade de hidrogênio líquido do Cryostat CS900 “se baseia em uma fundação de mais de 30 anos de trabalho da NASA”, disse Fesmire. “Agora estamos fazendo isso porque deveríamos e porque os mercados exigem.”