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

Tipsa en vn Skriv ut





Gasum investerar i en ny biogasanläggning i Borlänge för att erbjuda mer förnybar energi på marknaden

Gasum har beslutat att investera i en ny biogasanläggning i Borlänge, Sverige. Investeringsbeslutet är nästa steg i Gasums plan att bygga fem storskaliga biogasanläggningar i...

Läs mer
flamkontroll
 

Producentansvar för plast välkomnas

Energimyndigheten fick av regeringen i uppdrag att utreda och föreslå styrmedel för...

Läs mer


Minskade klimatutsläpp från fjärrvärmen 2022

Energiföretagen Sverige publicerar idag den samlade statistiken över fjärrvä...

Läs mer


Byggandet av Gasums biogasanläggning i Götene påbörjas – först i raden av flera strategiska investeringar för att öka tillgången av biogas

Gasums nästa kommande nya biogasanläggning i Götene fick sitt slutgiltiga bygglov i...

Läs mer

Solör Bioenergi och Friluftsfrämjandet i Sjöbo låter julgranar bli till fjärrvärme


Varje år säljs cirka 3 miljoner granar i Sverige, vilket innebär stora mängder...

Läs mer


Wärtsiläs projekt för flytande biogas kommer att avsevärt minska utsläppen av växthusgaser i Sverige

Teknologikoncernen Wärtsilä levererar sin teknik för förvätskning av...

Läs mer
Olof Boson som är lantbrukare och styrelseordförande i Mönsterås Biogas.

Scandinavian Biogas bygger storskalig biogasanläggning i Mönsterås

Anläggningen byggs i samarbete med lokala lantbrukare och ska producera flytande biogas...

Läs mer
SAS Airbus 320 Neo.

Fossilfritt flygbränsle får EU-stöd

Vattenfall, Shell, LanzaTech och SAS driver projektet HySkies med målet att 2027 starta...

Läs mer


Amsterdams flygplats Schiphol börjar köra sina markfordon och maskiner på förnybar diesel

Från och med januari 2023 kommer alla dieseldrivna markfordon och maskiner på...

Läs mer


Estlands största biogasproducent samarbetar med svenska C-Green kring cirkulär slamhantering

Estonian Cell, massatillverkare och Estlands största biogasproducent och C-Green, ett svenskt...

Läs mer
Ayanne De Oliveira Maciel, Ulrika Rova och Io Antonopoulou, är forskare inom biokemisk processteknik vid Luleå tekniska universitet som fångar in koldioxid i samarbete med SunPine.

Använder bioteknik för infångning av koldioxid

Koldioxidinfångning, användning och lagring är viktiga tekniker som utvecklas...

Läs mer


Orkla Eslöv blir fossilfritt

Orkla planerar att investera i en ny fossilfri energianläggning på sin livsmedelsfabrik...

Läs mer
Mest lästa

Implementa

Palgo

BK Services

Ketherm

Rekakabel

Contub360

Qvintus

WPS

rörkraft

ramab

Osby Parca

solar promotion empower

Vindteknikk

Härnösands kommun heta utbildningar

BVM

Baywa

industrinät

promoco

pretec

Nordheat

Assemblin solar

Vindkraftcentrum

marin miljöanalys

KL Industri 250

OKQ8 Sunday

Solmässan
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