Vermeidung von Unfällen: Pulversensor zeigt Präsenz von gasförmigen Wasserstoff an

Wasserstoff spielt in der Energiewende eine wichtige Rolle. Mit Hilfe des Gases lässt sich Strom gewinnen, es kann aber auch als Kraftstoff für Fahrzeuge oder zum Heizen genutzt werden. Bei der Verbrennung entsteht lediglich Wasser, was Wasserstoff zu einer sauberen Alternative macht. Allerdings ist das Gas sowohl farb- und geruchlos als auch leicht entzündlich, was den Umgang mit ihm relativ gefährlich macht. ForscherInnen haben nun eine Art Mikropulver entwickelt, das in der Gegenwart von Wasserstoff seine Farbe wechselt. So könnte das Erkennen von Gaslecks erleichtert werden.

Mikropartikel zeigen Sauerstoffgas an

Wasserstoff lässt sich nicht nur leicht entzünden, sondern bei Kontakt mit Sauerstoff kann es schnell zu Explosionen kommen. Wie das aussieht, ließ sich etwa 1937 auf sehr dramatische Art und Weise beim Brand des Zeppelins „Hindenburg“ beobachten. Es ist daher äußerst wichtig, Wasserstofflecks schnell zu erkennen, sei es in Leitungen oder Transportbehältern. Ein Team rund um Jakob Reichstein von der Universität Erlangen-Nürnberg hat eine Methode entwickelt, mit der Wasserstofflecks optisch erkannt werden können. Das Konzept beruht auf Mikropartikel, die bei Kontakt mit Wasserstoff die Farbe wechseln und das farb- und geruchlose Gas so sichtbar machen. Dafür wird weder Strom noch komplexe Messtechnik0 benötigt.

Die Mikropartikel bestehen aus drei Komponenten: Durch Silikat-Nanopartikel wird ein poröses Gerüst zur Verfügung gestellt, in dessen Hohlräumen Gas sowie eine Lösung des Indikator-Farbstoffs Resazurin zirkulieren können. Gold-Palladium-Nanopartikel fungieren als Katalysatoren für die Umschlagsreaktion des Farbstoffs.

Zweistufige Reaktion

Bei Kontakt mit Wasserstoffgas erfolgt ein erster, nicht reversibler Farbumschlag innerhalb einer Sekunde. Das violett gefärbte Resazurin reagiert mit dem Gas zu Resofurin, wobei es eine pinke Farbe annimmt. Wenn weiterhin Wasserstoff in der Umgebung präsent, verliert das Resofurin seine Farbe und wird zu Hydroresofurin. Dabei wird das Sensorpulver farblos. Dieser Zustand ist reversibel und hält solange an, wie Wasserstoff in der Umgebung des Sensors ist. Wenn kein Wasserstoff mehr vorhanden ist, färbt der Sensor sich innerhalb von drei Sekunden wieder pink.

Das Sensorpulver kann so sowohl Wasserstoffaustritte im Nachhinein anzeigen als auch Austritte in Echtzeit überwachen. „Diese Kombination von räumlich hochaufgelöstem Echtzeit-Monitoring mit der irreversiblen Aufzeichnung von Gaskontakt macht die Suprapartikel besonders attraktiv als Sicherheitshelfer in einer künftigen grünen Wasserstoff-Ökonomie„, so das Team.

Des Weiteren ist das Pulver einfach anwendbar und benötigt keine Stromversorgung. Die Präsenz von Wasserstoffgas kann mit bloßem Auge erkannt werden. Die Mikropartikel können vielseitig verwendet werden, etwa als Zusatz in Beschichtungen. Derzeit arbeitet das Team daran, den Partikelsensor weiter zu optimieren und die Skalierbarkeit der Technologie zu untersuchen.

via Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg