Volgens veel wetenschappers de voorgestelde waterstofeconomie, het positioneren van waterstof als belangrijkste drager van duurzaam opgewekte energie, is een onvermijdelijke ontwikkeling. Helaas, het gebruik van waterstof brengt bepaalde risico's met zich mee, omdat het ontvlambaar en moeilijk te detecteren is. Betrouwbare sensoren die de aanwezigheid van waterstof aangeven, zijn daarom een ​​essentieel onderdeel van de toekomstige waterstofeconomie. Wetenschappers van de Universiteit Utrecht, De TU Delft en de European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) in Grenoble hebben nu een sensor ontwikkeld die van kleur verandert bij blootstelling aan waterstof.

Het onderzoek dat de wetenschappers beschreven in hun publicatie in Natuurcommunicatie richt zich op de combinatie van de chemische elementen yttrium en zirkonium, twee zogenaamde "overgangsmetalen". Het belangrijkste voordeel van deze composiet is dat het materiaal van kleur verandert als het waterstof absorbeert, en de kleurverandering hangt af van de hoeveelheid geabsorbeerde waterstof. Door dit te doen, onderzoek naar overgangsmetalen heeft een waterstofsensor opgeleverd die met het blote oog kan worden afgelezen.

De sensor kan worden geproduceerd als een strip die hecht aan plaatsen waar waterstofdruk wordt gemeten, waardoor het makkelijker wordt om lekkages op te sporen of te meten of de druk van de waterstof in een installatie hoog genoeg is.

Het principe achter de nieuwe sensor is dat de atomen waaruit de metalen roosterstructuur bestaat, plaats moeten maken voor de opname van waterstof. Hiervoor is een bepaalde hoeveelheid energie nodig. Hoe meer energie nodig is voor dit proces, hoe hoger de druk van de waterstof moet zijn om het proces te laten plaatsvinden. De hoeveelheid waterstof die door het materiaal wordt opgenomen, bepaalt de mate waarin het licht reflecteert en dus van kleur verandert.

Met hun onderzoek de wetenschappers hebben aangetoond dat de druk waarbij waterstof wordt opgeslagen en vrijkomt in een rooster van yttrium en zirkonium nauwkeurig kan worden aangepast door een specifieke verhouding van de twee metalen te kiezen, wat ook de hoeveelheid benodigde energie verandert. Dit betekent dat de gevoeligheid van de sensor kan worden bepaald door een bepaalde verhouding van yttrium tot zirkonium te kiezen, voor het meten van drukken tussen 0,1 mbar en 10, 000 mbar.

Auto's op waterstof

De resultaten van dit onderzoek kunnen van invloed zijn op de opslag van waterstof voor gebruik in voertuigen. "Momenteel, waterstof wordt opgeslagen in cilinders van 700 bar, " zegt prof.dr. Bernard Dam van de TU Delft. "Idealiter we willen waterstof opslaan in een licht metaal, zoals magnesium. Helaas, de evenwichtsdruk van magnesium is veel te laag, wat betekent dat het niet genoeg waterstofstroom levert om een ​​brandstofcel van stroom te voorzien."

De onderzoekers denken dat het misschien mogelijk is om een ​​overgangsmetaal aan het magnesium toe te voegen om de evenwichtsdruk te verhogen tot minimaal 1 bar. Dit zou magnesium een ​​geschikt opslagmetaal maken, en een lichter alternatief voor de cilinders die momenteel worden gebruikt. Verder onderzoek is nodig om te bepalen of dit idee haalbaar is.