Os sensores eliminam o risco de faíscas em veículos a hidrogênio

O hidrogênio como uma alternativa limpa e renovável aos combustíveis fósseis faz parte de um futuro de energia sustentável e já está presente. No entanto, preocupações persistentes sobre inflamabilidade limitaram o uso generalizado de hidrogênio como fonte de energia para veículos elétricos. Avanços anteriores minimizaram o risco, mas uma nova pesquisa da Universidade da Geórgia agora coloca esse risco no espelho retrovisor.

Os veículos movidos a hidrogênio podem reabastecer muito mais rapidamente e ir mais longe sem reabastecer do que os veículos elétricos atuais, que usam energia da bateria. Mas um dos obstáculos finais para a energia de hidrogênio é garantir um método seguro para detectar vazamentos de hidrogênio.

Um novo estudo documenta um sensor de hidrogênio baseado em óptica, barato e livre de faíscas que é mais sensível - e mais rápido - do que os modelos anteriores.

“No momento, a maioria dos sensores de hidrogênio comerciais detecta a mudança de um sinal eletrônico em materiais ativos após a interação com o gás hidrogênio, o que pode potencialmente induzir a ignição do gás hidrogênio por faíscas elétricas”, disse Tho Nguyen, professor associado. “Nossos sensores ópticos de hidrogênio sem faísca detectam a presença de hidrogênio sem eletrônicos, tornando o processo muito mais seguro.”

A energia do hidrogênio tem muito mais aplicações do que apenas alimentar veículos elétricos, portanto, as tecnologias de mitigação da inflamabilidade são críticas. Sensores robustos para detecção de vazamento de hidrogênio e controle de concentração são importantes em todos os estágios da economia baseada em hidrogênio, incluindo produção, distribuição, armazenamento e utilização no processamento e produção de petróleo, fertilizantes, aplicações metalúrgicas, eletrônica, ciências ambientais e em saúde e campos relacionados com a segurança.

Os três principais problemas associados aos sensores de hidrogênio são tempo de resposta, sensibilidade e custo. A tecnologia mainstream atual para sensores ópticos H2 requer um monocromador caro para gravar um espectro, seguido pela análise de uma comparação de deslocamento espectral.

“Com nossos nano sensores ópticos baseados em intensidade, passamos da detecção de hidrogênio em cerca de 100 partes por milhão para 2 partes por milhão, a um custo de alguns dólares para um chip sensor”, disse Tho. “Nosso tempo de resposta de 0,8 segundos é 20% mais rápido do que o melhor dispositivo óptico disponível relatado na literatura no momento.”

O novo dispositivo óptico conta com a nanofabricação de um modelo de nanoesferas coberto com uma camada de liga de paládio-cobalto. Qualquer hidrogênio presente é rapidamente absorvido e detectado por um LED. Um detector de silício registra a intensidade da luz transmitida.

Todos os metais tendem a absorver hidrogênio, mas encontrar os elementos adequados com um equilíbrio certo na liga e projetar a nanoestrutura para amplificar mudanças sutis na transmissão de luz após a absorção de hidrogênio permitiu que eles estabelecessem uma nova referência de quão rápidos e sensíveis esses sensores podem ser.