Zeer gevoelige sensor ontwikkeld om waterstoflekken op te sporen

Wetenschappers van TU Delft, KU Leuven (B) en het Rutherford Appleton Laboratory (VK) ontdekten dat het metaal hafnium hiervoor uitermate geschikt is.

Trefwoorden: #fossiele brandstoffen, #hafnium, #KU Leuven, #Rutherford Appleton Laboratory, #sensor, #TU Delft, #waterstoflekken

Lees verder

research

( Foto: TU Delft )

ENGINEERINGNET.NL - Waterstof maakt een goede kans om fossiele brandstoffen in de nabije toekomst deels te vervangen als energiedrager. Het is schoon, bij de verbranding ervan zijn waterdamp en warmte de enige restproducten, en milieu-vriendelijk mits het gemaakt wordt met een duurzame energiebron.

Een groot nadeel is echter de brandbaarheid van waterstof. Het reageert namelijk met zuurstof, wat in het ergste geval een explosie tot gevolg kan hebben. En de moeilijke detectie van waterstoflekken.

Waterstof opsporen mag dan moeilijk zijn, het is zeker niet onmogelijk. Zo zijn er optische sensoren, materialen die waterstofatomen opnemen en waarvan vervolgens bijvoorbeeld de reflectie verandert. Die verandering kun je meten, waardoor je weet hoeveel waterstof op een bepaalde plek aanwezig is.

‘Tot nu toe werd vooral puur palladium gebruikt als optische waterstofsensor’, vertelt prof. Bernard Dam van de TU Delft. ‘Maar de laatste jaren hebben wij hier in Delft aangetoond dat een legering van goud en palladium een nog betere sensor is, en zijn collega’s wereldwijd dat gaan onderzoeken.’

Palladium-goud, waar ook sieraden van worden gemaakt, heeft het voordeel dat het op kamertemperatuur werkt. Helaas is het niet in staat om een lage waterstofdruk te detecteren.

Hafnium heeft die gevoeligheid wel, zo bleek uit dit in Nature Communications gepubliceerde onderzoek, dat geleid werd door PhD-kandidaat Christiaan Boelsma van TU Delft. Dam: ‘Het unieke aan dit materiaal is dat het optisch minimaal zes ordegroottes aan druk kan meten.'

'De laagst gemeten druk is 10-7 atmosfeer, maar deze druk wordt door de meetopstelling bepaald. Het lijkt er op dat nog drie ordegroottes lager in druk gemeten kan worden met hafnium, al moeten we verder onderzoek doen om dat te bevestigen.’

Ook mooi meegenomen: de optische eigenschappen van hafnium veranderen lineair met de druk en de temperatuur van het materiaal. ‘Dat betekent dat de ijking van hafniumsensoren heel gemakkelijk is’, zegt Dam.

Is hafnium dan op alle fronten een betere waterstofsensor dan palladium-goud? Dat niet, want het materiaal werkt het beste bij een temperatuur van zo’n 120 graden Celsius.

Maar dat probleem is volgens Dam eenvoudig op te lossen door een dun laagje hafnium bovenop een optische fiber te plaatsen, en die fiber vervolgens te verwarmen met behulp van een opwarm-LED.