Neuer Sensor

Suprapartikel warnen vor austretendem Wasserstoff

Robert Klatt

Wasserstoff ist geruchs- und farblos. Ein neuer Sensor aus Suprapartikeln weist in zwei Stufen bei einem Austritt auf die Gefahr hin.

Erlangen (Deutschland). Nachhaltig produzierter Wasserstoff ist einer der Energieträger der Zukunft. Im Gegensatz zu Benzin ist das Gas jedoch unsichtbar und geruchlos und kann somit beim Austreten nur schwer erkannt werden. Dies ist problematisch, weil Wasserstoff im richtigen Mischverhältnis mit dem Sauerstoff der Luft eine explosive Reaktion eingehen kann. Wissenschaftler der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) haben deshalb Suprapartikel entwickelt, die vor einem Wasserstoffaustritt warnen können, in dem sie sich bei Kontakt mit dem Element verfärben.

Wie die Forscher im Fachmagazin Advanced Functional Materials berichten, besteht der Sensor aus Partikeln, die zwischen einem und zehn Mikrometern groß sind. Diese enthalten unter anderem Resazurin als Indikator. Es handelt sich dabei um einen violetten Farbstoff, der bei Kontakt mit Wasserstoff seine Farbe ändert.

Suprapartikel aus drei Komponenten

Die Suprapartikel sind aus drei Komponenten zusammengesetzt. Das poröse Gerüst aus Silica enthält geringe Mengen des Indikatorfarbstoffs sowie Gold-Palladium-Nanopartikeln, die im Sensor als Katalysator dienen. Wie die Entwickler erklären, ist diese Kombination und die poröse Struktur entscheidend für die gute Funktion des Sensors.

Wasserstoffsensor mit zwei Stufen

Der Wasserstoffsensor aus Suprapartikeln funktioniert in zwei Stufen, von denen eine irreversibel und eine reversibel ist. Beim Kontakt mit Wasserstoff wird der Sensor pink. Dieser Prozess ist nicht umkehrbar. Es bleibt somit sichtbar, dass aus einem Tank Wasserstoff ausgetreten ist, auch wenn aktuell kein weiterer Wasserstoff mehr austritt.

Eine zweite Verfärbung zeigt hingegen an, ob weiterhin Wasserstoff austritt. Wenn ein Tank also undicht ist und immer noch das gefährliche Gas ausströmt, wird der Sensor wieder farblos. Wenn kein Kontakt mehr mit Wasserstoff besteht, wird er dann wieder pink. Dies ermöglicht es laut den Wissenschaftlern, Lecks in einer Rohrleitung oder einem Tank sofort zu erkennen.

Einsatz in der Industrie

Die Kombination aus irreversibler Aufzeichnung und räumlicher Echtzeitüberwachung macht die Technik laut den Forschern attraktiv für die Industrie. Ein weiterer Vorteil liegt in der geringen Größe des Sensors. Er kann somit in vielen Bereichen eingesetzt werden, etwa als Beschichtung von Wasserstoffleitungen

Advanced Functional Materials, doi: 10.1002/adfm.202112379

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