Optiska AI-sensorer spårar vätgasläckor

Kristina Bate Holmberg, Journalist
@uxconnections

Vätgas förutspås spela en viktig roll i omställning till grön och förnybar energi i kampen mot klimathotet. Det finns dock ett stort problem med vätgas. När gasen förenas med luft blir denna förnybara källa otroligt explosiv och farlig. För att minska riskerna med vätgasanvändning har nu forskare vid Chalmers tekniska högskola i Göteborg, i samarbete med flera partners, hittat en lösning. Tillsammans har de utvecklat en optisk sensor som kan detektera rekordlåga nivåer av väte.

Faran med vätgas

Vätgas kommer att väga tungt i övergången till förnybart bränsle, inte minst inom den tunga transportdrivna sektorn. Bidraget inom avkarboniseringen, genom att öka antalet vätgasdrivna tåg, lastbilar och flygplan, kommer dock med farliga risker. Explosionsrisken är övervägande när vätgas kommer i kontakt med syre – vilket är ett faktum vid läckage. Just detta är vad forskarna vid Chalmers adresserat med sin nya sensor som ska hjälpa till att upptäcka just vätgasläckor så snabbt som möjligt. Därtill, med tanke på behovet av vätgas och tekniken inom vätgasanvändningens framsteg, är det på tiden att övervakningen matchar detta.

Det krävs endast 4 procent av luftexponering för att blandningen av väte och syre ska blir explosiv. Den gas som bildas, som också kallas knallgas, kan vid överhettning eller av mindre gnistor antändas. Problematiken förekommer inte minst i lagringssammanhang.

Sensorns funktion

Vad forskarna har tagit fram är optiska plasmoniska sensorer som kan övervaka och upptäcka läckor, samt larma vid kritiska nivåer – rekordkänslig detektering. I normala fall är plasmoniska sensorer, som förlitar sig på optiska resonanser i metallnanopartiklar, ytterst begränsade till metallnanopartiklarnas vida spektrala egenskaper. För att komma förbi detta har forskarna använt artificiell intelligens (AI).

Mer exakt – hur fungerar sensorn?

Unikt med den optiska sensorn är att den består av nanopartiklar som samarbetar för att kunna detektera väte i närheten. Forskarna har använt AI för att skapa optimal samverkan mellan nanopartiklarna. Denna optimering baseras på partiklarnas tjocklek, diameter och avstånd till varandra. AI-algoritmen som använts är välkänd som partikelsvärmoptimering. Just denna partikelsvärmoptimering är nödvändig för att uppnå denna högsta möjliga känslighet för väteexponering. Mer exakt – tillsammans skapar denna optimerade samverkan den nya sensorn som har kapaciteten att upptäcka otroligt små mängder vätgas. 

Vi talar om förändringar av vätgaskoncentrationen som är så små som några hundra tusendelar av en procent. Detta öppnar upp unika möjligheter att förebygga olyckor. Faktorerna som gör att den optiska sensorn kan detektera så pass låga koncentrationer är flera. En kombination av partiklarna, deras finkalibrerade bgdimensioner samt arrangemanget – som är i ett regelbundet mönster – är nyckeln.

Palladium sätter färg på vätgasen

Nanopartiklarna man har använt i den nya optiska sensorn har försetts med en palladiumlegering (metalliskt grundämne). Generellt när nanopartiklar av metall fångar in ljus får ljuset klara, tydliga färger. Detta optiska fenomen kallas plasmoner. Plasmonerna i detta projekt, tillika palladiumnanopartiklarna, ändrar färgen vid varierande nivåer av vätgas i omgivningen. Sensorn har man även försett med ett larm som utlöses vid nivåer som anses vara kritiska.

Tidigt upptäcka läckor kommer inte bara att förhindra olyckor, utan även möjliggöra snabba åtgärder som gör att anläggningar inte kommer att behöva stängas eller att fordon behöver tas ur drift. Detta innebär en ekonomisk vinning. Nästa steg för projektet är att göra fler tester ute i fält och utför praktiska mätningar på fordon och lagringsplatser.

Kompetenscentret TechForH2

Hela projektet lett av Chalmers forskningslag är en del av det nystartade kompetenscentret för vätgasteknik, TechForH2. TechForH2 som handlar om framtidens hållbara vätgasekonomi, består av ytterligare partners. RISE är det andra institutet som medverkar i centrat som också kommer från akademin. Bland andra partners går en rad aktörer från industrin att finna. Exempel på dessa är Volvo, Scania, PowerCell, JohnsonMatthey, Oxeon, GKN Aerospace, Insplorion, Siemens Energy och Stena. 

Förhoppningarna för framtiden är stora, vilket inte minst de 54 miljoner kronor som centret erhållit från Energimyndigheten indikerar. Syftet är att bidraget ska hjälpa till med att ”utveckla ny teknik inom vätgasframdrivning som ett steg mot omställningen till fossilfrihet”.

Akademin plus industrin brukar vara en lyckad kombination, inte minst när statliga myndigheter stöttar finansiellt. Hoppet är ljust.

UX Connections, the UX design agency with UX/UI consultants to help your digital product succeed.