I takt med att vätgas får en allt större roll i energiomställningen skärps kraven på pålitlig övervakning av läckor, enligt Chalmers tekniska högskola. Nu presenterar forskare vid lärosätet en kompakt, optisk vätgassensor som är särskilt anpassad för fuktiga miljöer – och som dessutom presterar bättre när luftfuktigheten ökar.
Överallt där vätgas produceras, transporteras eller lagras behövs sensorer som snabbt kan upptäcka läckor och motverka att brandfarlig knallgas bildas i kontakt med luft. Ett känt problem är att många befintliga sensorer fungerar sämre eller långsammare vid hög luftfuktighet, samtidigt som vätgas nästan alltid hanteras i miljöer där fukt förekommer, till exempel i bränsleceller och processindustrier.
– En vätgassensors prestanda kan skifta drastiskt från miljö till miljö, och fukt är en viktig aspekt. Ett problem i dag är att många sensorer blir långsammare eller fungerar sämre i fuktiga miljöer. När vi testade vårt nya sensorkoncept upptäckte vi att ju mer vi ökade fuktigheten, desto starkare blev vätgasresponsen. Det tog oss ett tag att verkligen förstå hur det kunde vara möjligt, säger Chalmersdoktoranden Athanasios Theodoridis, som är förstaförfattare till en artikel i tidskriften ACS Sensors.
Platinananopartiklar kokar bort vattenhinnan
Den nya sensorn ryms på en fingertopp och bygger på mycket små partiklar – nanopartiklar – av metallen platina. Partiklarna fungerar både som katalysatorer och sensorelement. När vätgas möter syre i luften påskyndar platinan den kemiska reaktionen, vilket utvecklar värme. Värmen gör att den tunna vattenhinna som bildas på sensorytan i fuktig luft delvis ”kokar bort”.
Tjockleken på vattenhinnan beror på luftfuktigheten, medan mängden vätgas avgör hur stor del av hinnan som förångas. Genom att mäta förändringen i vattenhinnans tjocklek kan sensorn bestämma vätgaskoncentrationen. Eftersom vattenhinnan blir tjockare när luftfuktigheten ökar, stiger också sensorresponsen i fuktiga miljöer.
För att avläsa denna process utnyttjar sensorn plasmoner – ett optiskt fenomen där platinananopartiklarna fångar upp ljus och får en tydlig färg. När vätgashalten i omgivningen förändras ändras också nanopartiklarnas färg, och vid kritiska nivåer kan sensorn konfigureras att slå larm.
Chalmers forskargrupp, ledd av professor Christoph Langhammer, har under flera år utvecklat plasmoniska vätgassensorer. Tidigare generationer har baserats på nanopartiklar av palladium, som tar upp vätgas på ett sätt som kan jämföras med hur en svamp suger upp vatten. Det nya platinabaserade konceptet, framtaget inom kompetenscentrumet TechForH2, beskrivs som en katalytisk plasmonisk vätgassensor och öppnar för användning i miljöer där fukt annars är ett hinder.
– Vi testade sensorn under mer än 140 timmars kontinuerlig exponering för fuktig luft. Testerna visade att den är mycket stabil vid olika givna grader av fuktighet, och pålitligt kan detektera vätgas i dessa förhållanden, vilket är viktigt om den ska kunna användas i verkliga miljöer, säger Athanasios Theodoridis.
Hög känslighet för framtidens vätgassystem
Enligt Chalmers mätningar kan sensorn detektera vätgas ner till 30 parts per million, motsvarande tre tusendelar av en procent. Det placerar lösningen bland de känsligaste vätgassensorerna för användning i fuktig miljö. Behovet bedöms öka i takt med att vätgas får större betydelse i transportsektorn, som råvara i kemisk industri och vid produktion av grönt stål.
– Det finns idag en stor efterfrågan på sensorer som fungerar bra i fuktiga miljöer. I takt med att vätgasen spelar en allt viktigare roll i samhället ställs högre krav på att sensorerna också behöver bli mindre, smidigare och möjliga att tillverka i stor skala och till lägre pris. Vårt nya sensorkoncept möter de kraven väl, säger Christoph Langhammer, professor i fysik på Chalmers och en av grundarna till sensorbolaget Insplorion, där han idag har en rådgivande roll.
Han framhåller att olika användningsmiljöer sannolikt kommer att kräva en kombination av flera material för att säkerställa robust funktion.
– Vi räknar med att behöva kombinera olika typer av aktiva material för att skapa sensorer som presterar väl oavsett miljö. Vi vet nu att vissa material ger snabbhet och känslighet, medan andra material tål fukt bättre. Nu arbetar vi vidare för att använda den kunskapen framåt, säger Christoph Langhammer.
Forskningen bakom den nya sensorn har genomförts vid institutionen för fysik på Chalmers tekniska högskola och redovisas i artikeln ”A Catalytic-Plasmonic Pt Nanoparticle Sensor for Hydrogen Detection in High-Humidity Environments”, publicerad i ACS Sensors den 18 november 2025.
