Waterstof is een veelbelovende energiedrager. Maar het kan ook gevaarlijk zijn, omdat het brandbaar en moeilijk te detecteren is. Veilig gebruik van waterstof vereist sensoren die zelfs de kleinste lekkages kunnen detecteren. Onderzoekers van de Technische Universiteit Delft (TU Delft, Nederland), De KU Leuven (België) en het Rutherford Appleton Laboratory (VK) hebben ontdekt dat het metalen hafnium perfect is voor de job.

Waterstof is in de nabije toekomst een haalbare vervanger van fossiele brandstoffen als energiedrager. Het is schoon, omdat waterdamp en warmte de enige bijproducten van verbranding zijn, en je kunt er zoveel van maken als je wilt met alleen water en een andere energiebron (bijvoorbeeld zonne energie). Maar er zijn nog wel wat hordes te nemen om de infrastructuur rond waterstof in te richten. Een van deze hindernissen is het vinden van een betrouwbare manier om waterstofgas te detecteren. Waterstof reageert met zuurstof, die mogelijk een explosie kunnen veroorzaken. Ook is het belangrijk ervoor te zorgen dat er zo min mogelijk waterstof in de atmosfeer lekt.

Hoog sensitief

Hoewel het moeilijk is om waterstof te detecteren, het is niet onmogelijk. Er bestaan ​​optische sensoren. Dit zijn materialen die waterstofatomen absorberen, een proces dat hun reflectiviteit verandert. Deze verandering in reflectiviteit kan worden gemeten, daarmee informatie verschaffen over de hoeveelheid waterstof op een bepaalde locatie.

"Tot nu, puur palladium werd voornamelijk gebruikt als optische waterstofsensor, " zegt prof.dr. Bernard Dam van de TU Delft. "Maar de laatste jaren wij van Delft hebben aangetoond dat een goud-palladium legering een veel betere sensor is. Ook collega-onderzoekers over de hele wereld bestuderen dit." Palladium-goud, die ook wordt gebruikt om sieraden te maken, heeft als voordeel dat het werkt bij kamertemperatuur. Helaas, het is niet in staat om lage waterstofdrukken te detecteren.

Eenvoudig te kalibreren

Onderzoek onder leiding van promovendus Christiaan Boelsma van de TU Delft, die nu is gepubliceerd in Natuurcommunicatie , laat zien dat hafnium deze gevoeligheid wel heeft. Bernard Dam zegt, "De unieke eigenschap van dit materiaal is dat het optisch minimaal zes ordes van grootte in druk kan meten. De laagste gemeten druk is 10 ^-7 sferen, maar deze druk wordt bepaald door de meetopstelling. Het lijkt erop dat met hafnium een ​​druk van drie ordes van grootte lager kan worden gemeten, maar we moeten meer onderzoek doen om dit te bevestigen." Een ander voordeel is dat de optische eigenschappen van hafnium lineair veranderen met de druk en temperatuur van het materiaal. "Hierdoor zijn hafniumsensoren zeer eenvoudig te kalibreren, ' zegt Dam.

Dus is hafnium in elk opzicht een betere waterstofsensor dan palladium-goud? Nee, aangezien het materiaal het beste werkt bij een temperatuur van rond de 120 graden Celsius. Dam denkt dat dit probleem kan worden opgelost door een dun laagje hafnium op een glasvezel te leggen, voordat de vezel wordt verwarmd met een opwarm-LED (zie afbeelding).

waterstof economie

Delft doet momenteel uitgebreid onderzoek naar waterstof. Eind vorig jaar, Prof. Fokko Mulder onthulde de "Battolyser, een apparaat dat elektriciteitsopslag en waterstofproductie combineert in één systeem. De Battolyser is een goedkope manier om waterstof te maken en op te slaan, en brengt de zogenaamde 'waterstofeconomie' een stap dichterbij. Dit onderzoek naar gevoelige waterstofsensoren is weer een stap in dezelfde richting.