Sensor verhindert Wasserstoff-Explosionen
Experten der University of Georgia sehen Einsatzoptionen von Autos bis zu Kernkraftwerken
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Wagen mit Wasserstoff-Brennstoffzelle (Foto: Florian Kropshofer, pixabay.com) |
Athens/Savannah River (pte001/03.05.2021/06:00)
Elektroautos, die ihren Strom aus Brennstoffzellen beziehen, müssen Wasserstoff tanken. Dieses Gas hat von allen Elementen die kleinsten Atome, sodass sie sich durch die kleinsten Poren quetschen können. Dann besteht Explosionsgefahr. Forscher an der University of Georgia https://www.uga.edu/ in Athens am Savannah River National Laboratory https://srnl.doe.gov/ (SRNL) haben jetzt einen Sensor entwickelt, der selbst kleinste Lecks in Rekordzeit meldet. Er kommt zudem ohne Elektronik aus, sodass unabsichtlicher Funkenflug, der eine Explosion auslösen kann, unmöglich. Es handelt sich um ein optisches Messverfahren.
[b]Wasserstoff trübt Metallfolien ein[/b]
Der Sensor basiert auf Veränderungen in Metallschichten, die so dünn sind, dass sie Licht durchlassen. Die Folie, die für den Sensor verwendet wird, besteht aus Palladium und Kobalt. „Alle Metalle neigen dazu, Wasserstoff zu absorbieren", sagt George Larsen, leitender Wissenschaftler am SRNL. Dadurch verändert sich die Durchlässigkeit für das Licht einer Leuchtdiode. Diese kleine Differenz wird im Bruchteil einer Sekunde von einem Detektor erfasst, der einen optischen oder akustischen Alarm auslöst. „Mit der Auswahl und Dimensionierung der Folie konnten wir die Empfindlichkeit und Schnelligkeit der Erfassung einstellen", so Larsen.
[b]50 Mal empfindlicher[/b]
„Unsere optischen Nanosensoren erkennen bereits zwei Atome Wasserstoff in einer Million Fremdmoleküle", sagt Tho Nguyen, Assistenzprofessor an der Hochschule in Athens. Damit sei er 50 Mal empfindlicher als andere optische Wasserstoffdetektoren. „Die Reaktionszeit unseres Geräts lieg bei 0,8 Sekunden", so Nguyen. Das sei 20 Prozent schneller als beim besten Konkurrenzsensor. Zudem koste es nur ein paar Dollar, wenn es einmal in Serie hergestellt wird, glaubt der Forscher.
[b]Überwachung von Wasserstoff-Pipelines[/b]
Wasserstoffsensoren werden nicht nur in Autos eingesetzt, sondern in vielen Bereichen der Industrie. In Kernkraftwerken etwa sind sie in großer Zahl im Einsatz, um Explosionen zu verhindern, ebenso in der chemischen Industrie, die einen großen Bedarf an Wasserstoff hat. Sollte sich das energiereiche Gas durchsetzen könnten die Sensoren auch zur Überwachung von Pipelines und Verdichterstationen eingesetzt werden.
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