Forscher entwickeln einen Sensor, um Wasserstoff sichtbar zu machen

Forschern des Fachbereichs Chemie und Pharmazie und des Lehrstuhls für Thermische Prozesstechnik der Friedrich-Alexander-Universität (FAU) ist es gelungen, unsichtbares Wasserstoffgas mit bloßem Auge sichtbar zu machen, um der Gefahr von Bränden und Explosionen vorzubeugen. Der Schlüssel zu ihrer Forschung sind Suprapartikel, winzige Teilchen, die ihre Farbe ändern, sobald sie in die Nähe von Wasserstoff kommen. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Fortschrittliche Funktionsmaterialien.

Künftig soll „grüner“ Wasserstoff aus erneuerbarer Energie zu einem zentralen Baustein einer nachhaltigen und klimafreundlichen Energiewirtschaft werden. Obwohl wir Wasserstoffgas weder sehen noch riechen können, ist es leicht entzündlich und extrem explosiv, wenn es mit Luft in Berührung kommt. Historische Ereignisse wie die Explosion des Hindenburg-Zeppelins und kürzlich die Explosion einer Wasserstofftankstelle in Norwegen zeigen, wie wichtig Sicherheitsvorkehrungen für den Aufbau einer nachhaltigen und sicheren Wasserstoffwirtschaft sind.

Um die Sicherheit im Umgang mit Wasserstoff zu erhöhen, haben Forscher der FAU auf Basis eines am Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg entwickelten Konzepts die grundlegenden Funktionsmechanismen eines neuartigen Wasserstoffsensors erforscht. An dem Projekt waren folgende Wissenschaftler beteiligt: ​​Prof. Dr. Karl Mandel, Professur für Anorganische Chemie; Prof. Dr. Jörg Libuda und Dr. Tanja Bauer, Lehrstuhl für Grenzflächenforschung und Katalyse; Prof. Dr. Dirk Zahn, Professur für Theoretische Chemie; Prof. Dr. Matthias Thommes, Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik; und Prof. Dr. Andreas Görling, Lehrstuhl für Theoretische Chemie.

Wasserstoffsensoren können bereits geringe Konzentrationen des Gases erfolgreich erkennen, beispielsweise wenn es ein Leck in der Pipeline gibt. Der innovative Wasserstoffsensor der FAU-Forscher besteht aus winzigen Partikeln, den sogenannten Suprapartikeln, und kann Wasserstoffgas ohne Strom oder aufwändige Geräte mit bloßem Auge sichtbar machen. Die Suprapartikel sind zwischen einem und zehn Mikrometer groß; ein Mikrometer entspricht einem tausendstel Millimeter und enthalten den violett gefärbten Indikatorfarbstoff Resazurin. Wenn sie mit Wasserstoff in Kontakt kommen, reagieren die Moleküle des Farbstoffs und verfärben sich sichtbar in zwei verschiedenen Stadien. Wenn der Sensor rosa wird, ist einmal Wasserstoff ausgetreten. Wenn immer noch Wasserstoff austritt und der Sensor mit großen Mengen Wasserstoff in Berührung kommt, verfärbt er sich farblos. Durch die sofortige Reaktion werden Leckagen sichtbar und können in Echtzeit gefunden werden. Ein weiterer Vorteil des innovativen Wasserstoffsensors ist seine geringe Baugröße, die ihn für den Einsatz in unterschiedlichen Anwendungsszenarien, etwa zur Beschichtung von Pipelines, geeignet macht.

„Der gewonnene Einblick in die Funktionsweise des neuen Partikelsystems wird es uns ermöglichen, die Suprapartikel weiter zu optimieren, bis wir ihr volles Potenzial ausschöpfen, sie in reale Anwendungen umsetzen und einen Beitrag zu einer sichereren Wasserstoffwirtschaft leisten können“, erklärt er die Hauptautoren der Publikation Simon Schötz, wissenschaftlicher Mitarbeiter am ECRC und Jakob Reichstein, wissenschaftlicher Mitarbeiter in der Mandel-Gruppe.