Väte är en mycket lovande energibärare. Men det kan också vara farligt, eftersom det är brännbart och svårt att upptäcka. Att använda väte på ett säkert sätt kräver sensorer som kan upptäcka även de minsta läckor. Forskare från Delfts tekniska universitet (TU Delft, Nederländerna), KU Leuven (Belgien) och Rutherford Appleton Laboratory (UK) har upptäckt att metallen hafnium är perfekt för jobbet.

Vätgas är en hållbar ersättning för fossila bränslen som energibärare inom en snar framtid. Det är rent, eftersom vattenånga och värme är de enda biprodukterna av förbränning, och du kan göra så mycket av det du vill med bara vatten och en annan energikälla (t.ex. solenergi). Men det finns fortfarande några hinder som ska undanröjas för att organisera infrastrukturen kring vätgas. Ett av dessa hinder är att hitta ett tillförlitligt sätt att detektera vätgas. Väte reagerar med syre, som potentiellt kan orsaka en explosion. Det är också viktigt att se till att så lite väte som möjligt läcker ut i atmosfären.

Ytterst känslig

Även om det är svårt att upptäcka väte, det är inte omöjligt. Optiska sensorer finns. Dessa är material som absorberar väteatomer, en process som förändrar deras reflektionsförmåga. Denna förändring i reflektionsförmåga kan mätas, ger således information om mängden väte på en viss plats.

"Tills nu, rent palladium användes huvudsakligen som en optisk vätesensor, " säger prof. Bernard Dam från TU Delft. "Men under de senaste åren, vi på Delft har visat att en guld-palladiumlegering är en mycket bättre sensor. Andra forskare runt om i världen studerar också detta." Palladium-guld, som också används för att tillverka smycken, har fördelen att den fungerar i rumstemperatur. Tyvärr, den kan inte detektera låga vätetryck.

Lätt att kalibrera

Forskning ledd av doktorand Christiaan Boelsma från TU Delft, som nu har publicerats i Naturkommunikation , visar att hafnium har denna känslighet. Bernard Dam säger, "Den unika egenskapen hos detta material är att det optiskt kan mäta minst sex storleksordningar i tryck. Det lägsta uppmätta trycket är 10 ^-7 atmosfärer, men detta tryck bestäms av mätinställningen. Det ser ut som om ett tryck på tre storleksordningar lägre skulle kunna mätas med hafnium, men vi måste göra mer forskning för att bekräfta detta." En annan fördel är att de optiska egenskaperna hos hafnium förändras linjärt med materialets tryck och temperatur. "Detta gör hafniumsensorer mycket lätta att kalibrera, säger Dam.

Så är hafnium en bättre vätesensor än palladium-guld i alla avseenden? Nej, eftersom materialet fungerar bäst vid en temperatur på runt 120 grader Celsius. Dam tror att detta problem kan lösas genom att lägga ett tunt lager hafnium ovanpå en optisk fiber, innan fibern värms upp med en uppvärmnings-LED (se bild).

Vätgasekonomi

Delft bedriver för närvarande omfattande forskning om väte. I slutet av förra året, Prof. Fokko Mulder avtäckte "Battolyser, " en enhet som kombinerar ellagring och väteproduktion i ett system. Battolysern är ett billigt sätt att skapa och lagra väte, och för den så kallade "väteekonomin" ett steg närmare. Denna forskning om känsliga vätesensorer representerar ytterligare ett steg i samma riktning.