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



Robert Lindberg, Matilda Hedström och Evelina Fahlesson gläds åt möjligheten att använda biojetbränsle.
Robert Lindberg, Matilda Hedström och Evelina Fahlesson gläds åt möjligheten att använda biojetbränsle.

Första leveransen med fossilfritt bioflygbränsle till Skellefteå

Torsdagen 29 april levererades den första sändningen av fossilfritt flygbränsle till Skellefteå Airport. Leveransen innebär startskottet för att kunna erbjuda offentlig...

Läs mer
Enerbrokers

Scandinavian Biogas investerar 170 miljoner i utbyggnad av anläggning för flytande biogas i norska Skogn

Scandinavian Biogas Fuels International AB har beslutat investera cirka 170 miljoner norska kronor...

Läs mer
Idcon
Visionsbild över Metsä Fibres nya bioproduktanläggning i Kemi, Finland (bilden är en illustration).

Rejlers löser elektrifiering och instrumentering i historsk skogsinvestering

Metsä Fibre, en del av Metsä Group, bygger just nu en ny bioproduktanläggning i...

Läs mer


Sverige första anläggning som gör LBG av vatten från massa- och pappersbruk har öppnat

En banbrytande biogasanläggning i Nymölla, Sverige, är resultatet av ett partnerskap...

Läs mer
Genevieve Metson, universitetslektor och Roozbeh Feiz, biträdande universitetslektor.

Biogas av bajs – en vinst för både klimat och ekonomi

En samordnad hantering av avföring från djur och människor skulle kunna spara...

Läs mer
Christian Kugge, SCA R&D Centre.

700 000 kronor för nytt sätt att förädla lignin

Christian Kugge vid SCA R&D Centre tilldelas 2021 års kompetensutvecklingspris av...

Läs mer


Essity börjar testa biogas för att göra tillverkningsprocessen fossilfri

Gasum gjorde den första leveransen av flytande biogas (LBG) till sin kund Essity den 22 mars....

Läs mer
Den 11 mars anlände Pyrocells biodrivmedelsfabrik till Gävle hamn. I måndags 15 mars startade monteringen av de förtillverkade modulerna. Den banbrytande fabriken ska tillverka fossilfri olja av sågspån.

Svensk biodrivmedelsproduktion upp 7 % under 2020

I Sverige har produktionskapaciteten för biodrivmedel ökat med sju procent det...

Läs mer
VafabMiljös biogasanläggning i Västerås.

Nu kan stora mängder förpackat livsmedelsavfall bli biogas och -gödsel i Västerås

Sedan årsskiftet kan VafabMiljö, tack vare den uppgraderade biogasanläggningen i...

Läs mer


Tekniska verken har tecknat avtal med ASM Foods i Mjölby

I början av året har ett avtal signerats som innebär att Tekniska verken-koncernen...

Läs mer
Jämtkrafts kraftvärmeverk i Lugnvik utanför Östersund.

Goda resultat för produktion av förnybart flygbränsle i Östersund

Genom att fånga in koldioxid från kraftvärmeverk och sedan tillsätta vä...

Läs mer
Mest lästa

Implementa

Palgo

Rörkraft

Jämtvind

BK Services

Ketherm

Deutsche-windtechnik

Rekakabel

Contub360

Vindteknikk

Härnösands kommun heta utbildningar

BVM

Baywa

connected wind

Energi service
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