Kriyojenik yakıt

Kriyojenik yakıtlar, sıvı halde saklanabilmeleri için aşırı derecede düşük sıcaklıklarda tutulması gereken yakıt çeşitleridir. Bu yakıtlar uzayda çalışması gereken (roket ve uydular gibi) makinelerde kullanılırlar çünkü sıradan yakıtlar, yanmayı destekleyen ortamın yokluğu ve uzayın boşluk olması sebebiyle, kullanılamazlar (Dünya'da oksijen atmosferde bolca bulunurken, uzayın insanlar tarafından keşfedilebildiği kısımlarında, oksijen neredeyse bulunmamaktadır). Kriyojenik yakıtlar çok sıklıkla, sıvı hidrojen gibi sıvılaştırılmış (liquefied) gazlardan oluşur  .
Bazı roket motorları, tazeleyici soğutma (regenerative cooling) yöntemini kullanır.Bu yöntem kapsamında, (aşırı derecede soğuk olan) kriyojenik yakıt yanma odasına pompalanıp orada ateşlenmeden hemen önce, nozul (roket ekzoz çıkışı) etrafında dolandırılır. Kriyojenik yakıtın bu şekilde kullanılması ilk defa 1940'lı yıllarda Eugen Sänger tarafından önerilmiştir. Ay'a giden ilk insanlı görevi taşımış olan Saturn V roketi tasarımında bu bileşeni kullanımış olup, bileşen günümüzde halen kullanılmaktadır.
sıvı oksijen sıklıkla, ve yanlış bir şekilde, kriyojenik yakıt olarak adlandırılır, ancak aslında bir yakıt değil, oksitleyicidir.
Rus uçak/hava aracı üreticisi Tupolev şirketi 1988 yılında,  çok tutulan Tu-154 tasarımının kriyojenik yakıt sistemi içeren bir versiyonunu,Tu-155, üretmiştir . Test ürünü olarak kalan bu tasarımda sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG) olarak anlandırılan bir yakıt kullanılmıştı. İlk uçuşu 15 Nisan, 1988 tarihinde gerçekleştirilmiştir.

Çalışma İlkesi

Kriyojenik yakıtlar iki kategoriye ayrılabilir: yanıcı ve yanıcı olmayan/atıl. Her iki tür de, sıvı yakıtın gaza haline geçiş yaptığı sırada oluşan büyük sıvı/gaz oranından iyi ölçüde faydalanır. Kriyojenik yakıtların işe yararlığı/kullanılabilirliği Yüksek Kütle Akış Hızı olarak bilinen kavramla yakından ilgilidir. Akışı düzenlemesiyle,  Kriyojenik yakıtın yüksek yoğunluktaki enerjisi roketlerde itkiye dönüştürülebilir ve böylece yakıtın düzenli/kontrollü bir şekilde tüketilebilmesine olanak verir.

Motordaki yanma

Yanıcı kriyojenik yakıtlar, yanıcı olmayan kriyojenik yakıtlara göre daha fazla yarar sağlamaktadırlar. Sıvılaştırılmış doğal gaz (LNG), herhangi diğer bir yakıtta da olduğu üzere, doğru miktarda hava ile karıştırılsa ancak düzgün bir şekilde yanabilir. LNG için veririlik miktarı Metan sayısına bağlırdır ki bu da oktan sayısının gaz karşılığıdır . Bu sıvılaştırılmış yakıtın ve diğer herhangi çözünmüş gazın metan sayısına bağlı olarak belirlenir ve deneyin verimliliğine göre değişim gösterir . İçten yanmalı motorların veririmliğinin artırılması; uygun hava/yakıt oranının belirlenmesi ve en uygun yanmayı sağlamak üzere fazladan diğer hidrokarbonların eklenmesinden oluşur.

Üretim verimi

Gaz sıvılaştırma işlemleri, yıllar içerisinde daha iyi makinelerin geliştirilmesi ve sistem ısı kayıplarındaki kontrolün/denetimin artırılabilmesi sayesinde sürekli olarak iyileştirilmektedir. Alışılageldik  yöntemler, bir gazın üzerindeki kontrollü basıncın/baskının kaldırılması sonucu gazın sıcaklığındaki çok büyük miktardaki azalmandan/soğumadan faydalanmaktadır. Yeterli miktardaki basıncın verilmesini takiben  basıncın kaldırılması pek çok gazın sıvılaşmasına sebep olmaktadır. Bunun örneği Joule-Thomson etkisi'nde görülebilir.

Sıvılaşmış doğal gaz (LNG)

Doğal gazın saklama, taşıma ve kullanma amacıyla sıvılaştırılması maliyet açısından çok faydalı olsa da, gazın yaklaşık olarak yüzde 10 ile  15'lik kısmı işlem sırasında kullanılır/tüketilir. En verimli işlem çeşidi, propan soğutması'nın (en: propane refrigeration) dört aşamasını ve etilen soğutması'nın iki aşamasını içerir. Fazladan bir soğutucu madde aşaması eklenebilir,  ancak bunun için gerekli fazladan ekipman giderleri fazladan soğutucu madde eklenmesini ekonomik olarak yararsız hale getirir. Verim, kademeli saf bileşen süreçlerine bağlı olabilir. Bu süreçler, soğutucu yoğuşması ile ilişkilendirilen sıcaklık farkını absorbe etmek/yutmak amacıyla kullanılan kaynağın tamamını azaltır/minimize eder. En verimli süreç, verimi çok yüksek ısı geri kazanımı ile saf soğutma maddelerinin kullanımını birleştirmektedir. Sıvılaştırma tesislerinin süreç tasarımcılarının hepsi kanıtlanmış teknolojileri kullanırken hep aynı zorlukla karşılaşmışlardır: bir karışımı saf soğutma maddesi kullanarak soğutabilme ve yoğunlaştırabilme. En uygun hale getirilmiş bir kademeli süreçte, soğutulması ve yoğunlaştırılması gereken karışım, besleme/kaynak gazı olmaktadır. Propan karıştırılmış soğutma maddesi süreçlerinde, soğutulması ve yoğunlaştırılması gereken iki karışım, besleme/kaynak gazı ile karışık soğutma maddesidir. Verimsizliğin baş kaynağı, sıvılaştırma süreci sırasındaki ısı alışverişi silsilesinde bulunmaktadır.