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 vän     Skriv ut





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

Estonian Cell, massatillverkare och Estlands största biogasproducent och C-Green, ett svenskt cleantech-företag med en ny teknologi för hållbar hantering av slam, meddelade idag...

Läs mer
Enerbrokers
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
Idcon


Orkla Eslöv blir fossilfritt

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

Läs mer
Igelstaverket Kraftvärme och hamnområde.

Söderenergi planerar
för bio-CCS i drift 2030

Nu har Söderenergi lämnat in sin ansökan till Energimyndigheten för planeringen...

Läs mer
Giacomo Carraro från Linköpings Universitet tilldelades årets stipendium från Gunnar Engströms ABB-stiftelse.

Forskning på Linköpings Universitet belönas med Gunnar Engströms ABB-stipendium

Giacomo Carraro från Linköpings Universitet tilldelades årets stipendium frå...

Läs mer
Öresundskraft, som testar att avskilja koldioxid från Filbornaverket, oroas över att avfallsförbränning inte nämns i regeringens kommande utredning om framtida CCS-stöd.

Klimatpositiv avfallsförbränning möjlig – om stödet funnes

Öresundskrafts vd Anders Östlund välkomnar regeringens budgetsatsning på...

Läs mer


Kiviks Musteri tecknar elavtal med Bixia – tar ännu ett språng på hållbarhetsstegen

I över 130 år har fem generationer i familjen Åkesson drivit Kiviks Musteri...

Läs mer
Lasten kom med fartyget Launkalne som klareras av Citadel Shipping AB.

Helsingborgs Hamn lossar för värme i vinter

Den 22 september kom ett tidigt vintertecken till Helsingborgs Hamn. Det var årets fö...

Läs mer
HYBRIT pilotlager för fossilfri vätgas i Luleå.

HYBRIT:s pilotanläggningen för vätgaslagring i drift

SSAB, LKAB och Vattenfall har nu tagit HYBRIT:s pilotanläggning för lagring av fossilfri...

Läs mer
Elna Heimdal Nilsson och Johan Bergström är två av forskarna som har stor nytta av nya Jetmotorlabbet.

Framtidens flygbränsle får eget labb

Nu är labbet som tar oss närmare framtidens bioflygbränsle invigt. Jetmotorlabbet...

Läs mer
Solør Bioenergi har, genom sitt bolag Solør Bioenergi Varme AS, ingått avtal om att köpa aktierna i Eidefoss Biovarme AS från AS Eidefoss.

Solør Bioenergi i Norge växer genom köp av Eidefoss Biovarme AS

Solør Bioenergi har, genom sitt bolag Solør Bioenergi Varme AS, ingått avtal om...

Läs mer
Mest lästa

Implementa

Palgo

BK Services

Ketherm

Deutsche-windtechnik

Rekakabel

Contub360

Qvintus

WPS

Linnovation

Vindteknikk

Härnösands kommun heta utbildningar

BVM

Baywa

Energi service

yrkeshogskolan-syd

industrinät

EWS GmbH & Co. KG
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