Vätgas ses som en viktig del i klimatomställningen av tunga transporter och runt om på jorden satsas det nu på vätgasdrivna tåg, lastbilar och flygplan. Även inom tung industri är vätgasen en viktig energibärare, till exempel för framställning av fossilfritt stål. Säkerhetsriskerna med att lagra eller använda väte är välkända.

Det krävs bara fyra procent väte i luften för det ska bildas knallgas som kan antändas vid minsta gnista. Därför är det viktigt att superkänsliga sensorer finns på plats och kan bevaka läckor och larma vid kritiska nivåer.

Tillsammans med nederländska kollegor har nu forskare vid institutionen för fysik på Chalmers tagit fram en optisk vätgassensor som känner av rekordlåga halter av vätgas. Den sällar sig därmed till de känsligaste sensorerna i världen. De nya forskningsresultaten presenteras i en artikel i Nature Communications.

Säkerhet är av yttersta vikt vid all användning och lagring av vätgas.
– Om mycket små läckor upptäcks tidigt kan de åtgärdas så att du förhoppningsvis inte behöver ta anläggningen eller fordonet ur drift, säger Chalmersprofessorn Christoph Langhammer, en av huvudförfattarna till den vetenskapliga artikeln.

Den optiska vätgassensorn består av många nanopartiklar i metall som samverkar för att känna av vätgas i sin omgivning. Tillvägagångssättet för hur den nya sensorn designats skiljer sig från tidigare tillfällen.

I stället för att ta fram ett stort antal prover och testa dem var och en för sig för att se vilken som fungerar bäst, har forskarna tagit hjälp av avancerad AI-teknik för att skapa det optimala samspelet mellan partiklarna utifrån deras avstånd till varandra, diameter och tjocklek. Resultatet är en sensor som känner av förändringar i vätgaskoncentration som är så små som några hundratusendelar av en procent.

Hemligheten bakom den nya sensorns låga detektionsgräns är partiklarnas placering i ett regelbundet mönster på en yta. Detta visade sig vara mer gynnsamt för sensorns känslighet än den slumpartade placering som gjorts i tidigare sensorer av samma typ.

Christoph Langhammers forskargrupp har tidigare kunnat presentera världens snabbaste vätgassensor. För honom står det klart att många olika slags sensorer behövs och att de kommer att vara i samspel med varandra.

Teknologin kring vätgas har tagit ett jättesprång och därför behöver dagens sensorer både bli vassare och mer skräddarsydda för olika ändamål.
– Ibland behövs en mycket snabb sensor, ibland behövs en som fungerar i tuff kemisk miljö eller vid låga temperaturer. En sensorvariant kan inte tillgodose alla behov, säger Christoph Langhammer som även är en av grundarna till ett nytt kompetenscentrum: TechForH2.