Instagram

Facebook

Världens snabbaste vätgassensor bäddar för ren energi


2019-04-11

Snabba och noggranna sensorer är avgörande i ett hållbart samhälle där vätgas är en energibärare.
Bild: Yen Strandqvist/Chalmers
Snabba och noggranna sensorer är avgörande i ett hållbart samhälle där vätgas är en energibärare.

Vätgas är en ren och förnybar energibärare som kan driva bilar som bara släpper ut vatten. Problemet är att vätgasen är mycket brandfarlig när den blandas med luft. Därför krävs supereffektiva detektorer. Nu presenterar Chalmersforskare den första vätgassensorn i världen som uppnår de högt ställda framtida kraven för att få användas i vätgasbilar.

De banbrytande resultaten publicerades nyligen i den ansedda vetenskapliga tidskriften Nature Materials. Den efterlängtade upptäckten är en optisk nanosensor som är inkapslad i ett plastmaterial. Sensorn bygger på ett optiskt fenomen – plasmoner - som uppstår när nanopartiklar av metall blir belysta och fångar upp ljus av en viss våglängd. Sensorn ändrar helt enkelt färg när mängden vätgas i omgivningen förändras.

Plasten runt den lilla sensorn är inte bara ett skydd, utan en nyckelkomponent. Den ökar sensorns hastighet och underlättar för vätgasmolekyler att passera in i metallpartiklarna där den detekteras. Samtidigt fungerar plasten som en effektiv barriär mot omgivningen eftersom inga andra molekyler släpps igenom. Sensorn kan därför arbeta både supereffektivt och ostört. Den gör att den klarar fordonsindustrins högt ställda framtida krav för tillämpning i vätgasbilar: att kunna detektera 0,1 procent väte i luft på mindre än en sekund.

– Vi har inte bara tagit fram världens snabbaste vätgassensor, utan också en sensor som är stabil över tid och inte avaktiveras. Till skillnad från dagens vätgassensorer behöver den här inte kalibreras om lika ofta, eftersom den skyddas av plasten, säger Ferry Nugroho, forskare på institutionen på fysik på Chalmers.

Det var under sin tid som doktorand som Ferry Nugroho och hans handledare Christoph Langhammer insåg att de var något stort på spåren. De läste en vetenskaplig artikel om att ingen hade lyckats nå de framtida hastighetskrav som ställs på vätgassensorer för bilar. När de testade sin egen sensor insåg de att de bara var en sekund från målet - utan att ens ha försökt optimera den. Plasten gjorde jobbet bättre än de kunde ana. Ursprungligen var den främst tänkt som en barriär, men det visade sig att den även gör sensorn snabbare. Upptäckten ledde till en febril tid av både experimentellt och teoretiskt arbete på institutionen.

– I det läget fanns det inget stopp. Vi ville hitta den ultimata kombinationen av nanopartiklar och plast, förstå hur den fungerar och vad som gör den så snabb. Det hårda arbetet gav resultat. På bara några månader nådde vi rekordtiden samt den grundläggande teoretiska förståelsen för vad som orsakar den, säger Ferry Nugroho.

Att detektera vätgas är utmanande på många sätt. Gasen är osynlig, luktfri, flyktig och extremt brandfarlig. Det krävs bara fyra procent väte i luften för det ska bildas knallgas som kan antändas vid minsta gnista. För att framtidens vätgasbilar och infrastrukturen kring dessa ska bli tillräckligt säker, måste man kunna detektera ytterst små mängder vätgas i luften. Sensorerna måste därför vara snabba så att läckor ska kunna åtgärdas innan det uppstår en brand.

– Det känns fantastiskt att kunna presentera en sensor som förhoppningsvis ska vara en del i vätgasbilens stora genombrott. Intresset som vi ser i bränslecellsbranschen är motiverande, säger Christoph Langhammer, biträdande professor på institutionen för fysik på Chalmers.

Även om siktet främst är inställt på att använda vätgas som energibärare, finns det också andra möjligheter som öppnas. Högeffektiva vätgassensorer efterfrågas inom elnätsbranschen och kemi- och kärnkraftsindustrin, men kan också bidra till att förbättra medicinsk diagnostik.

– Mängden vätgas i vår utandningsluft kan ge svar om till exempel inflammationer och födoämnesintoleranser. Vi hoppas att våra resultat ska kunna användas på bred front. Det här är så mycket mer än en vetenskaplig publikation, säger Christoph Langhammer.

På sikt är förhoppningen att sensorn ska kunna serietillverkas på ett effektivt sätt, till exempel med hjälp av 3D-printerteknik.

Fakta: Världens snabbaste vätgassensor

• Den chalmersutvecklade sensorn bygger på ett optiskt fenomen – plasmoner – som uppstår när nanopartiklar av metall blir belysta och fångar upp ljus av en viss våglängd.

• Den optiska nanosensorn innehåller miljontals metallnanopartiklar av en palladium-guldlegering som ser till att vätgasen effektivt sugs upp som i en disktrasa. Denna effekt gör att sensorn ändrar färg när mängden vätgas i omgivningen förändras.

• Plasten runt sensorn är inte bara ett skydd, utan ökar också sensorns hastighet genom att underlätta för vätgasmolekyler att tränga in i metallpartiklarna där de detekteras. Samtidigt fungerar plasten som en effektiv barriär mot omgivningen eftersom inga andra molekyler, som annars skulle avaktivera sensorn, släpps igenom

• Sensorns effektivitet gör att den klarar fordonsindustrins högt ställda framtida krav för tillämpning i vätgasbilar: att kunna detektera 0,1 procent väte på mindre än en sekund.

• Forskningen har finansierats av Stiftelsen för Strategisk Forskning inom ramen för projektet Plastic Plasmonics.

Om den vetenskapliga artikeln:

Artikeln ”Metal – Polymer Hybrid Nanomaterials for Plasmonic Ultrafast Detection” har publicerats i Nature Materials och är skriven av chalmersforskarna Ferry Nugroho, Iwan Darmadi, Lucy Cusinato, Anders Hellman, Vladimir P. Zhdanov och Christoph Langhammer. Resultaten har tagits fram i samarbete med Delfts tekniska universitet i Nederländerna, Danmarks tekniska universitet och Universitetet i Warszawa, Polen.




Källa: Chalmers

Skriv ut



Mantex inleder samarbete med Statens Lantbruksuniversitet avseende analys av biomassa

Biofuel Analyzer från Mantex.

Mantex har undertecknat en avsiktsförklaring med Statens Lantbruksuniversitet i Uppsala, SLU, avseende ett samarbete kring att ta fram ny kunskap inom området analys och mätning av...

Läs mer
Enerbrokers


Nu har Nordens största LNG-terminal öppnat i Torneå

Den största terminalen i Norden för flytande naturgas (LNG) öppnade den 11 juni i...

Läs mer
Idcon

Neste och Air BP levererar hållbart flygbränsle till Swedavias flygplatser


Neste, producent av förnybara bränslen från avfall och restprodukter, och Air BP,...

Läs mer
Haraholmen utanför Piteå är platsen som rymmer ett av Sveriges mest expansiva industriella centrum.

Miljardsatsning på biobaserad industri

Haraholmen i Piteå är platsen för Sveriges kanske hetaste biobaserade...

Läs mer

Piteå och Vietnam i unikt samarbete om bioenergi

Under åtta år har Piteå medverkat i en rad utvecklingsprojekt i Ang Giang, Vietnam.

Vilka lärdomar gällande bioenergi har Vietnam tagit med sig genom att samarbeta med...

Läs mer

Bioenergi måste bli enklare för den breda allmänheten

Panelen fr v Pontus Herin, Douglas L. Faulkner, Johanna Mossberg, Helena Johansson, Alan Sherrard, Daniel Badman och Henric Demegård.

Faulkner inledde med det amerikanska och globala perspektivet. Som tjänsteman, politiker och...

Läs mer


Så ska utsläppen från bensin och diesel minska

Nya reduktionsnivåer och fortsatt skattebefrielse för höginblandade biodrivmedel....

Läs mer


Hurtigruten ska segla på död fisk

Som första rederi i världen ska Hurtigruten använda biogas i stor skala som...

Läs mer
Nytt avtal mellan Swedegas och FordonsGas gör det enklare att bunkra flytande biogas, LBG, i Göteborgs hamn.

Nytt avtal ger Göteborgs sjöfart nya miljömöjligheter

Nu blir det enklare för sjöfarten att bunkra flytande biogas, LBG, i Göteborgs hamn....

Läs mer

Flygbussarna Charter blir fossilfria

Nu tankar Flygbussarna Charter fossilfritt bränsle i form av HVO.

Flygbussarna Charter är en del av Merresor AB/Transdev och den del av verksamheten som...

Läs mer
Maria Wetterstrand kommer till BIOBASE för att prata om framtidens flygbränsle.

Rester från skogen är framtidens flygbränsle

Biobaserat flygbränsle kan komma att testflygas kommersiellt redan år 2021. Vid...

Läs mer
Mest lästa

Implementa

Cleps

Palgo

Osby Parca / Enertech AB

Contub360

Flintab

energi engagemang

TS Wind

Smhi

Mared

Clean Combustion

Blade solutions

Vindteknikk

IFE

Härnösands kommun

BVM
Unica Media AB © 2014
Org.nr 556961-2624
Unica Media AB
Hammarby Fabriksväg 23
120 30 Stockholm

Kontakt
info(at)unicamedia.se
Annonsering
annons(at)unicamedia.se