Los sensores rápidos y precisos serán cruciales en una sociedad sostenible donde el hidrógeno es un portador de energía. El hidrógeno gaseoso es producido por el agua que se divide con la ayuda de la electricidad procedente de la energía eólica o solar. Los sensores son necesarios tanto cuando se produce el hidrógeno como cuando se utiliza, por ejemplo en automóviles propulsados por una pila de combustible. Para evitar la formación de gases inflamables y explosivos cuando se mezcla hidrógeno con aire, los sensores de hidrógeno deben poder detectar fugas rápidamente. Crédito:Yen Strandqvist / Universidad Tecnológica de Chalmers
El hidrógeno es un portador de energía limpia y renovable que puede impulsar vehículos, con agua como única emisión. Desafortunadamente, El gas hidrógeno es altamente inflamable cuando se mezcla con aire. por lo que se necesitan sensores muy eficientes y efectivos. Ahora, investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, presentamos los primeros sensores de hidrógeno que cumplen los objetivos de rendimiento futuros para su uso en vehículos propulsados por hidrógeno.
Los innovadores resultados de los investigadores se publicaron recientemente en la prestigiosa revista científica Materiales de la naturaleza . El descubrimiento es un nanosensor óptico encapsulado en un material plástico. El sensor funciona basándose en un fenómeno óptico, un plasmón, que se produce cuando las nanopartículas metálicas se iluminan y capturan la luz visible. El sensor simplemente cambia de color cuando cambia la cantidad de hidrógeno en el ambiente.
El plástico alrededor del pequeño sensor no es solo para protección, pero funciona como un componente clave. Aumenta el tiempo de respuesta del sensor al acelerar la absorción de las moléculas de gas hidrógeno en las partículas metálicas donde pueden detectarse. Al mismo tiempo, el plástico actúa como una barrera eficaz para el medio ambiente, evitando que otras moléculas entren y desactiven el sensor. Por lo tanto, el sensor puede funcionar de manera altamente eficiente y sin interrupciones, lo que le permite satisfacer las rigurosas demandas de la industria automotriz:ser capaz de detectar 0.1 por ciento de hidrógeno en el aire en menos de un segundo.
"No solo hemos desarrollado el sensor de hidrógeno más rápido del mundo, pero también un sensor que es estable en el tiempo y no se desactiva. A diferencia de los sensores de hidrógeno actuales, nuestra solución no necesita ser recalibrada con tanta frecuencia, ya que está protegido por el plástico, "dice Ferry Nugroho, investigador del Departamento de Física de Chalmers.
Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, presentamos los primeros sensores de hidrógeno que cumplen los objetivos de rendimiento futuros para su uso en vehículos propulsados por hidrógeno. Crédito:Mia Halleröd Palmgren / Universidad Tecnológica de Chalmers
Fue durante su tiempo como Ph.D. estudiante que Ferry Nugroho y su supervisor Christoph Langhammer se dieron cuenta de que estaban en algo grande. Después de leer un artículo científico que afirmaba que nadie había logrado alcanzar los estrictos requisitos de tiempo de respuesta impuestos a los sensores de hidrógeno para los futuros automóviles de hidrógeno, probaron su propio sensor. Se dieron cuenta de que estaban a solo un segundo del objetivo, sin siquiera intentar optimizarlo. El plástico, originalmente pensado principalmente como una barrera, hicieron el trabajo mejor de lo que podrían haber imaginado, también haciendo que el sensor sea más rápido. El descubrimiento dio lugar a un intenso período de trabajo experimental y teórico.
"En esa situación, no había nada que nos detuviera. Queríamos encontrar la combinación definitiva de nanopartículas y plástico, comprender cómo trabajaron juntos y qué lo hizo tan rápido. Nuestro arduo trabajo dio resultados. En tan solo unos meses, logramos el tiempo de respuesta requerido, así como la comprensión teórica básica de lo que lo facilita, "dice Ferry Nugroho.
La detección de hidrógeno es un desafío de muchas maneras. El gas es invisible e inodoro, pero volátil y extremadamente inflamable. Solo requiere un cuatro por ciento de hidrógeno en el aire para producir gas oxhídrico, a veces conocido como knallgas, que se enciende a la menor chispa. Para que los coches de hidrógeno y la infraestructura asociada del futuro sean lo suficientemente seguros, por tanto, debe ser posible detectar cantidades extremadamente pequeñas de hidrógeno en el aire. Los sensores deben ser lo suficientemente rápidos para que las fugas se puedan detectar rápidamente antes de que ocurra un incendio.
"Se siente muy bien presentar un sensor que, con suerte, puede ser parte de un gran avance para los vehículos impulsados por hidrógeno. El interés que vemos en la industria de las pilas de combustible es inspirador, "dice Christoph Langhammer, Profesor del Departamento de Física de Chalmers.
El plástico alrededor del pequeño sensor no es solo para protección, pero funciona como un componente clave. Aumenta el tiempo de respuesta del sensor al acelerar la absorción de las moléculas de gas hidrógeno en las partículas metálicas donde pueden detectarse. Al mismo tiempo, el plástico actúa como una barrera eficaz para el medio ambiente, evitando que otras moléculas entren y desactiven el sensor. Crédito:Yen Strandqvist / Universidad Tecnológica de Chalmers
Aunque el objetivo es principalmente utilizar hidrógeno como portador de energía, el sensor también presenta otras posibilidades. Se necesitan sensores de hidrógeno de alta eficiencia en la industria de las redes eléctricas, la industria química y nuclear, y también puede ayudar a mejorar los diagnósticos médicos.
"La cantidad de gas hidrógeno en nuestra respiración puede proporcionar respuestas a, por ejemplo, inflamaciones e intolerancias alimentarias. Esperamos que nuestros resultados se puedan utilizar en un frente amplio. Esto es mucho más que una publicación científica, "dice Christoph Langhammer.
A la larga, la esperanza es que el sensor se pueda fabricar en serie de manera eficiente, por ejemplo, utilizando tecnología de impresora 3-D.
Hechos:el sensor de hidrógeno más rápido del mundo
