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



Norrköpings matavfall blir till biogas


Från och med 1 september 2021 kommer Norrköpingsbornas matavfall att bli biogas och biogödsel i Tekniska verkens produktionsanläggning i Linköping.

Läs mer
Enerbrokers
Batterierna ska innehålla biobaserade kolmaterial från lignin.

Stora Enso startar upp pilotanläggning för ligninbaserat kol till batterier

Stora Ensos pilotanläggning för produktion av biobaserade kolmaterial från lignin...

Läs mer
Idcon


Sågspån blir till förnybar bioolja i Pyrocells banbrytande fabrik

Tester för att tillverka förnybar bensin av bioolja från sågspån har...

Läs mer
Biobränsle utvecklas för mer hållbart flyg.

Internationellt samarbete får grönt ljus för fortsatt arbete med bioflygbränsle av skogsrester

Energimyndigheten beviljar nu stöd till KLM Royal Dutch Airlines, Södra, Växjö...

Läs mer


Mångmiljonsatsning med fossilfri ånga ger betydande klimatfördelar

Med en investering på omkring 80 miljoner kronor satsar Kraftringen och Nordic Sugar nu i ett...

Läs mer


Så ska Heathrow bli den första större flygplatsen i Storbritannien med hållbara flygbränslen

För första gången kan passagerare från Heathrow minska sina flygutsläpp...

Läs mer
Sedan i slutet av förra året är en ny elturbin igång på Solör Bioenergis fjärrvärmeanläggning i Vilhelmina.

Moa hjälper Solör att arbeta än mer klimatsmart i Vilhelmina

För Solör Bioenergi är energieffektivisering och klimatsmarta lösningar viktiga...

Läs mer

Vattenfall bygger Europas största ’vattenkokare’ i Amsterdam

Vattenfall har beviljats tillstånd och subvention för att bygga en 150 MW elpanna vid...

Läs mer

SCA investerar i pelletsfabriken för bättre miljö

SCA investerar 50 miljoner kronor i bland annat ett vått elfilter, för att minska...

Läs mer


Så kan vi ta vara på biogasen när städerna satsar på eldrift

Städernas snabba övergång till eldrift i kollektivtrafiken riskerar att slå...

Läs mer
Fr vänster: Lotta Lyrå, vd Södra, och Anna Karlsson, vd Kalmar Energi.

Södra lanserar produkter med fossilfri värdekedja – Kalmar Energi första kund

Flera av Södras biobaserade produkter lanseras nu med fossilfri värdekedja. De är...

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