✏️ Водоснабжение и канализация: Немецкие ученые создали крупнейшую установку для магнитного сжижения водорода

Ученые из Дрезденской лаборатории сильных магнитных полей и Дармштадтского технического университета совместно с инженерами немецкой компании Magnotherm Solutions создали и испытали крупнейшую в мире экспериментальную установку для сжижения водорода с помощью магнитного охлаждения. Установка, получившая название HyDRA, достигает почти 4,6 метра в высоту и позволяет получать рекордные показатели охлаждения, используя при этом минимальное количество дорогих магнитных материалов. Водород считается одним из самых перспективных экологически чистых энергоносителей, однако его широкое применение пока сдерживается сложностью хранения и транспортировки. Намного удобнее перевозить водород в жидком виде, но для этого его необходимо охладить примерно до −253°C. Современные технологии сжижения, основанные на сжатии и расширении газа, требуют огромных затрат энергии — до трети всей энергии, содержащейся в самом водороде. Исследователи предложили использовать вместо традиционных холодильных циклов магнитное охлаждение. Его принцип основан на магнитокалорическом эффекте: некоторые материалы при помещении в сильное магнитное поле нагреваются, а после снятия поля, наоборот, охлаждаются. Если совместить этот процесс с циркуляцией теплоносителя, можно постепенно переносить тепло из одной зоны в другую и получать сверхнизкие температуры без привычных компрессорных холодильных установок. В качестве магнитокалорического материала ученые использовали гольмий — редкоземельный металл, хорошо работающий при сверхнизких температурах. Его поместили внутрь сверхпроводящего магнита с полем до 19 тесла. Для сравнения: магнитное поле Земли слабее примерно в сотни тысяч раз. Через систему прокачивается гелий, который переносит тепло между горячими и холодными участками установки. При этом водород сначала охлаждают жидким азотом до примерно −196°C, а затем магнитная система снижает температуру еще сильнее — уже до уровня, необходимого для сжижения водорода. Ключевым элементом установки стал так называемый активный магнитный регенератор. Это специальная структура, внутри которой магнитный материал и поток гелия работают совместно, постепенно «перекачивая» тепло от холодного конца системы к горячему. Благодаря этому удается получить перепад температур намного больше, чем способен обеспечить магнитокалорический эффект за один цикл. Во время экспериментов исследователи обнаружили, что эффективность системы сильно зависит от магнитного поля и давления гелия. Так, при увеличении магнитного поля с 6 до 9 тесла перепад температур вырос с 12,4 до 16,4 Кельвина. Повышение давления гелия также улучшало результаты: температура охлаждения увеличивалась с 10,2 до 12,7 Кельвина. Работа также позволила выявить важные особенности поведения гелия при сверхнизких температурах. Оказалось, что из-за высокой сжимаемости газа внутри системы возн