Forskere udvikler ekstremt følsom brintsensor

Brint er en meget lovende energibærer. Men det kan også være farligt da den er brændbar og svær at opdage. Sikker brug af brint kræver sensorer, der kan registrere selv de mindste lækager. Forskere fra Delft University of Technology (TU Delft, Holland), KU Leuven (Belgien) og Rutherford Appleton Laboratory (UK) har opdaget, at metallet hafnium er perfekt til jobbet.

Brint er en levedygtig erstatning for fossile brændstoffer som energibærer i den nærmeste fremtid. Det er rent, da vanddamp og varme er de eneste biprodukter ved forbrænding, og du kan lave så meget ud af det, som du vil, kun ved at bruge vand og en anden energikilde (f.eks. solenergi). Men der er stadig et par forhindringer, der skal fjernes for at organisere infrastruktur omkring brint. En af disse forhindringer er at finde en pålidelig måde at detektere brintgas på. Brint reagerer med ilt, som potentielt kan forårsage en eksplosion. Det er også vigtigt at sikre, at så lidt brint som muligt siver ud i atmosfæren.

Meget følsom

Selvom det er svært at påvise brint, det er ikke umuligt. Optiske sensorer findes. Disse er materialer, der absorberer brintatomer, en proces, der ændrer deres refleksionsevne. Denne ændring i refleksionsevne kan måles, giver således information om mængden af ​​brint på et bestemt sted.

"Indtil nu, rent palladium blev hovedsageligt brugt som en optisk brintsensor, " siger prof. Bernard Dam fra TU Delft. "Men i løbet af de sidste par år, vi i Delft har vist, at en guld-palladium-legering er en meget bedre sensor. Forskere rundt om i verden studerer også dette." Palladium-guld, som også bruges til at lave smykker, har den fordel, at den virker ved stuetemperatur. Desværre, den er ude af stand til at detektere lave brinttryk.

Nem at kalibrere

Forskning ledet af ph.d.-kandidat Christiaan Boelsma fra TU Delft, som nu er udgivet i Naturkommunikation , viser, at hafnium har denne følsomhed. Bernard Dam siger, "Den unikke egenskab ved dette materiale er, at det optisk kan måle minimum seks størrelsesordener i tryk. Det laveste målte tryk er 10 ^-7 atmosfærer, men dette tryk bestemmes af måleopstillingen. Det ser ud som om et tryk på tre størrelsesordener lavere kunne måles med hafnium, men vi er nødt til at lave mere forskning for at bekræfte dette." En anden fordel er, at hafniums optiske egenskaber ændres lineært med materialets tryk og temperatur. "Dette gør hafniumsensorer meget nemme at kalibrere, " siger Dam.

Så er hafnium en bedre brintsensor end palladium-guld i enhver henseende? Ingen, da materialet fungerer bedst ved en temperatur på omkring 120 grader Celsius. Dam mener, at dette problem kan løses ved at lægge et tyndt lag hafnium oven på en optisk fiber, før opvarmning af fiberen med en opvarmnings-LED (se billede).

Brint økonomi

Delft udfører i øjeblikket omfattende forskning i brint. I slutningen af ​​sidste år, Prof. Fokko Mulder afslørede "Battolyser, " en enhed, der kombinerer ellagring og brintproduktion i ét system. Battolyseren er en billig måde at skabe og opbevare brint på, og bringer den såkaldte 'brintøkonomi' et skridt nærmere. Denne forskning i følsomme brintsensorer repræsenterer endnu et skridt i samme retning.