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





Lösningar på plats när nytt fjärrvärmeverk byggdes

Solör Bioenergi skulle ersätta sina två mindre fjärrvärmeanläggningar i Strömsnäsbruk med ett större och modernare. Rördimensionerna, takhöjden...

Läs mer
Enerbrokers


Dags att nominera till Biogasutmärkelsen 2019

Nu är det dags att nominera en person eller en organisation som har gjort betydande insatser...

Läs mer
Idcon

Ragn-Sells och C-Green samarbetar kring återvinning av avloppsslam

Ragn-Sells Treatment & Detox AB (priv) och C-Green Technology AB (priv) har i juni 2019 tecknat...

Läs mer

Linde energi visar vägen mot ett fossilfritt Bergslagen

Linde energi leasar numera en egen biodieseltank.

I dagsläget finns ingen möjlighet att tanka fossilfri biodiesel i Lindesberg. Dä...

Läs mer

Solør Bioenergi Varme AS har förvärvat Odal Biovärme AS


Det står nu klart att Solør Bioenergi Varme AS i Norge, som är en del av Solö...

Läs mer
Nicklas Eld, regionchef Solör Bioenergi Väst och Ann-Sofie Ståhl, kundansvarig Solör Bioenergi Väst, vid bränslelagret på fjärrvärmeanläggningen i Odensbacken.

Fossilfri fjärrvärme i Odensbacken

Nu står en helt ny pelletspanna på plats i fjärrvärmeanläggningen hos...

Läs mer

Regeringen föreslår 100 miljoner till biogasstöd 2019

Biogas spelar en viktig roll i omställningen till ett fossilfritt samhälle. För att...

Läs mer

Nu startar bygget av Europas första anläggning för pyrolysolja vid Setra Kastet


Träindustriföretaget Setra och Preem samarbetar kring produktion av pyrolysolja frå...

Läs mer


Fossilfritt i tanken minskar utsläppen för bränsletransporter

10 000 lastbilar per år levererar bränsle till kraftvärmeverket i Ö...

Läs mer


Stockholm Exergi i internationellt samarbete om att lagra koldioxid

Torsdagen den 5:e september undertecknade Stockholm Exergi och fem andra europeiska fö...

Läs mer

Stort samarbetsprojekt siktar på att göra Sverige fossilfritt till 2030


Sverige blir fossilfritt 2030! Åtminstone om projektdeltagarna inom samverkansprojektet...

Läs mer
Mest lästa

Implementa

Cleps

Palgo

Osby Parca / Enertech AB

Contub360

Flintab

energi engagemang

TS Wind

WPS

Rörkraft

Smhi

Mared

Clean Combustion

Blade solutions

Vindteknikk

Härnösands kommun

BVM

Vägtransportledarna Norr
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