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



Södra Cell Värö
Södra Cell Värö

Starkt resultat för Södras elproduktion – ­överskott motsvarar el för 45 000 hushåll

Hushållsel för 45 000 småhus under ett år. Så mycket motsvarar det totala överskottet från Södras egen elproduktion. Det visar nya siffror från 2021...

Läs mer
Enerbrokers
Norditeks anläggning separerar metall.

Teknisk lösning kan minska värmeverkens produktionsstopp

Dyra produktionsstopp i kommunens värmeverk är ett vanligt problem över hela landet....

Läs mer
Idcon


Nu är de Sveriges största leverantör av fordonsvätgas

Hynion har ingått avtal om att förse bussar i Sandviken med vätgas och tar...

Läs mer
Anne Lyck Smitshuysen vinner Flemming Bligard Award för sin forskning på grön vätgas.

Ung forskare vinner Flemming Bligaard Award för genombrott inom produktion av grön vätgas

Forskare runt om i världen har arbetat i flera år för att hitta sätt att...

Läs mer

Klimatklivet utvidgas till att stödja biogasanläggningar för elproduktion

Regeringen har beslutat att biogasanläggningar för elproduktion ska kunna få...

Läs mer
Fram till 2030 finns stor outnyttjad potential hos den svenska skogen.

Ny forskning visar stora möjligheter för ökad bioenergianvändning

Det finns en betydande potential att hållbart öka uttaget av biobränsle från...

Läs mer


Gasum levererar biogas till en av världens ledande tillverkare av verktygsstål

Det nordiska energibolaget Gasum kommer att leverera 250 ton flytande biogas (LBG) till vä...

Läs mer


SAS belönar resenärer som väljer biobränsle

Sedan 2019 kan resenärer som flyger med SAS frivilligt välja att köpa till...

Läs mer


Norrköping får ny tankstation för flytande biogas

Under 2022 bygger Svensk Biogas en tredje publik tankstation för flytande biogas (LBG) i Ö...

Läs mer
Pontus Friberg, styrelseordförande Pyrocell och Landshövding Per Bill.

Banbrytande teknologi gör sågspån till bioolja

Under tisdagseftermiddagen invigdes Pyrocells banbrytande anläggning i Gävle. Anlä...

Läs mer
Biokolet kommer att tillverkas av ris från göteborgarnas trädgårdsavfall.

Renova och Göteborg Energi i gemensam klimatsatsning med biokolsanläggning

Renova och Göteborg Energi gör nu en gemensam satsning på biokol genom en...

Läs mer
Mest lästa

Implementa

Palgo

BK Services

Ketherm

Deutsche-windtechnik

Rekakabel

Contub360

Qvintus

Vindteknikk

Härnösands kommun heta utbildningar

BVM

Baywa

Energi service

industrinät

Rörkraft

Safetech

W3E
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