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L’idrogeno è un vettore energetico pulito e rinnovabile che può alimentare i veicoli, con l’acqua come unica emissione. L’idrogeno gassoso purtroppo, è molto infiammabile quando è miscelato con l’aria, per cui sono necessari sensori molto efficaci ed efficienti (l’efficacia indica la capacità di raggiungere l’obiettivo prefissato, mentre l’efficienza valuta l’abilità di farlo impiegando le risorse minime indispensabili).

I ricercatori della Chalmers University of Technology, in Svezia, hanno presentato in assoluto il primo sensore a idrogeno idoneo a soddisfare i futuri obiettivi prestazionali per l’uso in veicoli alimentati a idrogeno.

I risultati pionieristici dei ricercatori sono stati recentemente pubblicati nella prestigiosa rivista scientifica Nature Materials. La scoperta è un nanosensore ottico incapsulato in un materiale plastico. Il sensore funziona in conformità a un fenomeno ottico – un plasmone – avviene quando le nanoparticelle metalliche sono illuminate e catturano la luce visibile. Il sensore cambia colore quando varia la quantità d’idrogeno nell’ambiente.

La plastica intorno al minuscolo sensore non è solo per protezione, funziona come componente chiave, aumenta il tempo di risposta del sensore accelerando l’assorbimento delle molecole di gas idrogeno nelle particelle metalliche dove possono essere rilevate. La plastica allo stesso tempo agisce come una barriera efficace per l’ambiente, impedendo a qualsiasi altra molecola di entrare e disattivare il sensore. Il sensore può quindi funzionare in modo molto efficiente e indisturbato, consentendogli di soddisfare le rigorose esigenze dell’industria automobilistica per essere in grado in meno di un secondo di rilevare lo 0,1% d’idrogeno nell’aria.

Ferry Nugroho, ricercatore del Dipartimento di Fisica della Chalmers, ha detto:

«Abbiamo sviluppato non solo il sensore d’idrogeno più veloce del mondo, ma anche un sensore stabile nel tempo e che non si disattiva. La nostra soluzione a differenza degli odierni sensori d’idrogeno, non ha bisogno di essere ricalibrata con la stessa frequenza, poiché è protetta dalla plastica».

Fu durante il suo periodo di dottorato di ricerca che Ferry Nugroho e il suo supervisore Christoph Langhammer capirono che stavano partecipando a qualcosa di grosso: dopo aver letto un articolo scientifico che affermava che nessuno era ancora riuscito a raggiungere i rigidi requisiti di tempo di risposta imposti ai sensori d’idrogeno per le future auto a idrogeno, hanno testato il proprio sensore. Si sono resi conto che era a un solo secondo dall’obiettivo, senza nemmeno tentare di ottimizzarlo. La plastica, originariamente intesa principalmente come barriera, ha fatto il lavoro migliore di quanto avrebbero potuto immaginare, rendere il sensore più veloce. La scoperta ha portato a un intenso periodo di lavoro sperimentale e teorico.

Ferry Nugroho ha aggiunto:

«In quella situazione, non c’era modo di fermarci. Volevamo trovare la combinazione definitiva di nanoparticelle e plastica, capire come lavoravano insieme e che cosa ha reso il sensore così veloce. Il nostro duro lavoro ha prodotto risultati, nel giro di pochi mesi, abbiamo raggiunto il tempo di risposta richiesto e la comprensione teorica di base di ciò che lo facilita».

Rilevare l’idrogeno è impegnativo. Il gas è invisibile e inodore, volatile ed estremamente infiammabile. Richiede solo il 4% d’idrogeno nell’aria per produrre gas ossidrogenico, si accende alla più piccola scintilla. Affinché le auto a idrogeno e le relative infrastrutture del futuro siano sufficientemente sicure, deve essere quindi possibile rilevare minime quantità d’idrogeno nell’aria. I sensori devono essere abbastanza veloci da poter rilevare rapidamente le perdite prima che si verifichi un incendio.

Christoph Langhammer, professore al Chalmers Department of Physics ha detto:

«E’ bello presentare un sensore che, si spera, possa essere parte di un importante passo avanti per i veicoli alimentati a idrogeno. L’interesse che vediamo nell’industria delle celle a combustibile è entusiasmante».

Sebbene l’obiettivo sia principalmente quello di utilizzare l’idrogeno come vettore energetico, il sensore presenta anche altre possibilità. I sensori d’idrogeno molto efficienti sono necessari nel settore delle reti elettriche, nell’industria chimica e nucleare e possono anche contribuire a migliorare la diagnostica medica.

Christoph Langhammer in conclusione ha detto:

«La quantità di gas idrogeno nel nostro respiro può fornire risposte, ad esempio, a infiammazioni e intolleranze alimentari. Speriamo che i nostri risultati possano essere utilizzati su un ampio fronte. La speranza nel lungo periodo, è che il sensore possa essere prodotto in serie in modo efficiente, ad esempio utilizzando la tecnologia di stampa 3D».