Forskare vid Chalmers tekniska högskola har utvecklat en ny kompakt vätgassensor som fungerar extra bra i fuktiga miljöer. Upptäckten kan få stor betydelse för säkerheten när vätgas används allt mer i energiomställningen.

När vätgas pekas ut som en nyckel i framtidens energisystem ökar också kraven på säker teknik. Vätgas är brandfarlig och kan bilda explosiv knallgas i kontakt med luft. Därför är tillförlitliga sensorer avgörande för att upptäcka läckor – inte minst i miljöer där luftfuktigheten varierar kraftigt.

Nu presenterar forskare vid Chalmers tekniska högskola en ny typ av vätgassensor som inte bara klarar fukt – den fungerar faktiskt bättre ju fuktigare det är.

– En vätgassensors prestanda kan skifta drastiskt från miljö till miljö, och fukt är en viktig aspekt. Ett problem i dag är att många sensorer blir långsammare eller fungerar sämre i fuktiga miljöer. När vi testade vårt nya sensorkoncept upptäckte vi att ju mer vi ökade fuktigheten, desto starkare blev vätgasresponsen. Det tog oss ett tag att verkligen förstå hur det kunde vara möjligt, säger Chalmersdoktoranden Athanasios Theodoridis.

Bättre prestanda i fukt

Dagens sensorer tappar ofta i känslighet i fuktiga miljöer, vilket är problematiskt eftersom vätgas nästan alltid förekommer tillsammans med fukt. Den nya sensorn bygger på nanopartiklar av platina som både fungerar som katalysatorer och sensorer.

När vätgas reagerar med syre bildas värme som får en tunn vattenhinna på sensorns yta att ”koka bort”. Genom att mäta förändringen i denna vattenhinna kan sensorn avgöra hur mycket vätgas som finns i luften. Ju högre luftfuktighet, desto tydligare signal – vilket gör tekniken särskilt lämpad för verkliga driftsmiljöer.

Resultatet kan avläsas genom ett optiskt fenomen där nanopartiklarna ändrar färg när vätgaskoncentrationen förändras. Vid kritiska nivåer aktiveras ett larm.

Mycket hög känslighet

Enligt forskarna kan sensorn upptäcka vätgas ner till 30 ppm (parts per million), vilket placerar den bland de mest känsliga sensorerna i fuktiga miljöer. Den har dessutom testats under långvarig exponering för fuktig luft och visat stabil funktion över tid.

– Vi testade sensorn under mer än 140 timmars kontinuerlig exponering för fuktig luft. Testerna visade att den är mycket stabil vid olika givna grader av fuktighet, och pålitligt kan detektera vätgas i dessa förhållanden, vilket är viktigt om den ska kunna användas i verkliga miljöer, säger Theodoridis.

Utvecklingen sker i en tid då vätgas får en allt större roll – inom transporter, kemisk industri och produktion av grönt stål. Samtidigt ökar behovet av mindre, billigare och mer robusta sensorer som kan produceras i stor skala.

Forskargruppen ser den nya platinabaserade tekniken som ett viktigt steg mot mer tillförlitliga säkerhetssystem i framtidens vätgasanläggningar. På sikt kan olika material komma att kombineras för att skapa sensorer som fungerar optimalt oavsett miljö.

Upptäckten kan därmed bli en viktig pusselbit i övergången till ett mer hållbart och vätgasbaserat energisystem.

– Vi räknar med att behöva kombinera olika typer av aktiva material för att skapa sensorer som presterar väl oavsett miljö. Vi vet nu att vissa material ger snabbhet och känslighet, medan andra material tål fukt bättre. Nu arbetar vi vidare för att använda den kunskapen framåt, säger Christoph Langhammer, professor i fysik på Chalmers och en av grundarna till sensorbolaget Insplorion.