Nanotechnologie: Neuartiger Sensor warnt vor austretendem Wasserstoff

Tritt aus einem Leck in einem Tank oder einer Rohrleitung Wasserstoff aus, droht Gefahr. Ein Sensor weist in zwei Stufen auf die Gefahr hin.

Artikel veröffentlicht am 11. März 2022, 16:25 Uhr, Werner Pluta

Wasserstofftankstelle: Der Kraftstoff ist geruchlos und nicht sichtbar (Bild: Sean Gallup/Getty Images)

Grüner Wasserstoff gilt als Energieträger der Zukunft. Wie alle Kraftstoffe ist er aber auch nicht unproblematisch. Ein neuer Sensor soll bei unkontrolliertem Austreten warnen.

Im richtigen Mischungsverhältnis mit dem Sauerstoff aus der Luft kann Wasserstoff eine explosive Reaktion eingehen, die sich aus dem Chemieunterricht bei vielen im Gedächtnis festgesetzt hat. Dass Benzin auch nicht gerade harmlos ist, wird dabei gern mal vergessen. Der Vorteil von Benzin ist, dass man es sieht und riecht, wenn es austritt. Wasserstoff hingegen ist unsichtbar und geruchlos.

Ein Team der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg hat einen Sensor entwickelt, der bei einem Wasserstoffaustritt warnt: Er verfärbt sich, wenn er mit dem Element in Kontakt kommt.

Nach Kontakt ändert sich die Farbe

Der Sensor besteht aus zwischen einem und zehn Mikrometern großen Suprapartikeln. Sie enthalten unter anderem Resazurin als Indikator. Kommt der violette Farbstoff mit Wasserstoff in Kontakt, ändert er seine Farbe.

Die Partikel bestehen aus drei Komponenten: Silica, das ein poröses Gerüst bildet, einer sehr geringen Menge an Gold-Palladium-Nanopartikeln, die als Katalysator dienen, sowie dem Indikatorfarbstoff. Die Kombination dieser Bausteine und die poröse Struktur sind der entscheidende Schlüssel für die Funktion als Sensor.

Dabei gibt es zwei Stufen, von denen eine irreversibel, die andere reversibel ist: Bei einmaligem Kontakt mit Wasserstoff wird der violette Sensor pink. Dieser Vorgang ist nicht umkehrbar. Ist also in einem System Wasserstoff ausgetreten, bleibt das sichtbar, auch wenn aktuell kein Wasserstoff mehr vorhanden ist.

Die zweite Verfärbung zeigt an, ob der Sensor weiterhin Wasserstoff ausgesetzt ist. Ist also ein Tank undicht und das Gas strömt weiterhin aus, ändert der Sensor erneut sein Aussehen. Er wird farblos. Hat der Sensor keinen Kontakt mehr mit zu viel Wasserstoff, wird er wieder pink. So ließen sich Lecks in einem Tank oder einer Rohrleitung sofort erkennen, teilten die Forscher mit.

Die Kombination aus räumlich aufgelöster Echtzeitüberwachung und irreversibler Aufzeichnung mache die Technik gerade für eine Wasserstoffwirtschaft attraktiv, schreibt das Team in einem Aufsatz in der Fachzeitschrift Advanced Functional Materials. Weiterer Vorteil sei die geringe Größe des Sensors. Das ermögliche es, ihn in vielen Bereichen einzusetzen, zum Beispiel für die Beschichtung von Leitungen.