Fukttålig vätgassensor öppnar för ren energi i stor skala

https://mb.cision.com/Public/5569/4299198/9f14a9d2e7b88e76_800x800ar.jpg
I samhällets energiomställning spelar vätgasen en viktig roll. För att tekniken ska kunna användas på bred front krävs effektiva vätgassensorer som förhindrar att brandfarlig knallgas bildas i kontakt med luft.  Nu kan forskare på Chalmers presentera en kompakt sensor som kan tillverkas i stor skala och är väl lämpad för de fuktiga miljöer där vätgas finns. Till skillnad från dagens sensorer, presterar den nya sensorn bättre ju fuktigare det blir.
Foto: Chalmers tekniska högskola | Mia Halleröd Palmgren

Överallt där det finns vätgas krävs säkerhetssensorer som kan upptäcka läckor och motverka att brandfarlig knallgas bildas i kontakt med luft. Därför är det en utmaning att dagens sensorer inte fungerar optimalt i fuktiga miljöer – för där det finns vätgas finns det som regel fukt. Nu presenterar forskare från Chalmers en ny sensor som är väl lämpad för fuktiga miljöer – och som faktiskt presterar bättre ju fuktigare det blir.

– 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.

Vätgas är en allt viktigare energibärare inom transportsektorn, används som råvara inom kemisk industri och vid tillverkning av grönt stål. Förutom att fukt alltid finns i den omgivande luften bildas vatten också när vätgas reagerar med syre och energi frigörs, till exempel i en bränslecell som kan användas i vätgasdrivna fordon och fartyg. Bränsleceller behöver dessutom vatten för att förhindra att de membran som skiljer syre och vätgas åt inuti cellen torkar ut.

Anläggningar där vätgas framställs och lagras kommer också ständigt i kontakt med den omgivande luften, där luftfuktigheten över tid varierar kraftigt med temperatur och väder. För att kunna säkerställa att den flyktiga vätgasen inte läcker ut och skapar brandfarlig knallgas i kontakt med luft, behövs tillförlitliga sensorer som klarar tuffa miljöer.

Sensorn får fukten att ”koka bort”

Den nya fuktvänliga sensorn från Chalmers ryms på en fingertopp och innehåller pyttesmå partiklar – nanopartiklar – av metallen platina. Partiklarna fungerar både som katalysatorer och sensorer på samma gång. Det innebär att platinan påskyndar den kemiska reaktionen mellan väte och syre från luften vilket leder till en värmeutveckling som får fukten, i form av en vattenhinna på sensorytan, att ”koka bort”. Mängden vätgas i luften avgör hur mycket av vattenhinnan som kokar bort och fukthalten i luften styr hur tjock vattenhinnan är. Genom att mäta tjockleken på vattenhinnan blir det därför möjligt att mäta koncentrationen av vätgas. Och eftersom tjockleken på vattenhinnan ökar ju fuktigare det är i luften, ökar sensorns effektivitet i samma takt. Resultatet av denna process går att läsa av med hjälp av ett optiskt fenomen, plasmoner, där nanopartiklarna av platina fångar upp ljus och ger dem en distinkt färg. När koncentrationen av vätgas i omgivningen förändras ändrar nanopartiklarna färg, och vid kritiska nivåer slår sensorn larm.

På Chalmers har utvecklingen av plasmoniska vätgassensorer pågått under många år. Professor Christoph Langhammers forskargrupp har gjort flera stora genombrott på området när det gäller sensorernas snabbhet och känslighet, men också förmågan att optimera sensorns respons och fukttålighet med hjälp av AI. Tidigare baserade gruppen sina sensorer på nanopartiklar av metallen palladium, som tar upp vätgas ungefär på samma sätt som en svamp suger upp vatten. Med det nya platinabaserade konceptet, som tagits fram inom ramen för kompetenscentrumet TechForH2 på Chalmers, skapas en ny typ av sensor – en katalytisk plasmonisk vätgassensor – som öppnar nya möjligheter.

– 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.

Energiomställningen ökar kraven på sensorerna

Enligt forskarnas mätningar upptäcker sensorn vätgas ner till ”parts per million”-intervallet: 30 ppm – alltså tre tusendelar av en procent, vilket gör den till en av världens känsligaste vätgassensorer i fuktiga miljöer.

– 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 ser också att det kan krävas mer än en typ av material för att framtidens vätgassensorer ska kunna fungera i alla typer av miljöer.

– 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.

​​​https://mb.cision.com/Public/5569/4299198/bf7e48db66f403cc_800x800ar.jpg

Den nya vätgassensorn från Chalmers är baserad på pyttesmå partiklar av metallen platina. Partiklarna fungerar både som katalysatorer och sensorer på samma gång och sensorn är väl anpassad för fuktiga miljöer. Den presterar till och med bättre ju fuktigare det blir. (Platinapartiklarna på denna mikroskopbild har färglagts i ett bildbehandlingsprogram.)
Foto: Chalmers tekniska högskola | Athanasios Theodoridis

Mer om forskningen:

Artikeln A Catalytic-Plasmonic Pt Nanoparticle Sensor for Hydrogen Detection in High-Humidity Environments publicerades i ACS Sensors den 18 november 2025. Den är skriven av Athanasios Theodoridis, Carl Andersson, Sara Nilsson, Joachim Fritzsche och Christoph Langhammer. Samtliga forskare är eller var verksamma vid institutionen för fysik på Chalmers tekniska högskola när forskningen gjordes.

Sensorn har tagits fram i Chalmers renrum (nanofabrikationslaboratoriet Myfab), och Chalmers materialanalyslaboratorium (CMAL), under paraplyet för Chalmers styrkeområde Nano.

Forskningen har finansierats av Stiftelsen för Strategisk Forskning, Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, Vinnova och kompetenscentret TechForH2 för vilket Chalmers tekniska högskola är värd. TechForH2 stöds av Energimyndigheten, Volvo, Scania, Siemens Energy, GKN Aerospace, PowerCell, Oxeon, RISE, Stena Rederier AB, Johnsson Matthey och Insplorion.

Forskningsledaren Christoph Langhammer är en av grundarna av Insplorion, ett företag som startades via Chalmers entreprenörsskola för femton år sedan. Förra året lanserade företaget sin första vätgassensor som bygger på den nanoplasmoniska tekniken.

För mer information, kontakta:

Athanasios Theodoridis, doktorand, institutionen för fysik, Chalmers tekniska högskola, athanasios.theodoridis@chalmers.se

Christoph Langhammer, professor, institutionen för fysik, Chalmers tekniska högskola, 031 772 33 31, clangham@chalmers.se

Christoph Langhammer talar engelska, svenska och tyska, Athanasios Theodoridis talar engelska och grekiska. På Chalmers har vi poddstudior och filmutrustning på plats och kan bistå vid förfrågningar om tv-, radio- eller podd-intervjuer.

Läs tidigare pressmeddelanden om Chalmersutvecklade vätgassensorer:  

Ultrakänslig sensor kan minska vätgasens risker

Världens snabbaste vätgassensor bäddar för ren energi

Läs fler pressmeddelanden från Chalmers om vätgas:

Nu kan vätgas från solenergi tillverkas effektivt utan bristmetallen platina

Bästa vätgasen för tunga transporter är lokalproducerad och grön