Senzor pro vodíkový svět

5. červen 2006

Program vývoje senzorů původně vznikl kvůli raketoplánům Space Shuttle|foto: NASA

Vodíku je předpovídána vynikající budoucnost v časech, až dojdou zásoby ropy a dalších fosilních paliv. Nejlehčí prvek ale vedle skvělých vlastností ukrývá i řadu nepříjemných záludností. Jedním z velkých problémů, které musí inženýři před nástupem vodíkové energetiky vyřešit, je konstrukce malých, levných a naprosto spolehlivých indikátorů přítomnosti tohoto třaskavého plynu.

Největší problém využití vodíku v energetice (zejména při pohonu dopravních prostředků) je všeobecně známý: obtížné skladování. Jsou tu ale i další neméně závažné trable. Na prvním místě jde o velikost dvouatomových molekul skládajících se z pouhých dvou protonů a elektronů. Nejmenší molekule našeho vesmíru díky tomu není žádné těsnění dost těsné, aby vodík z potrubí, nádob, ventilů a dalších prvků nemohl poměrně snadno unikat. Když k tomu ještě přičteme, že dohromady se vzdušným kyslíkem tvoří třaskavou směs...

Pro rozvoj vodíkové energetiky je tedy vedle těch velkých problémů třeba vyřešit i řadu zdánlivě menších - a na jednom z předních míst v pořadí důležitosti se nachází vývoj senzoru přítomnosti plynu, který by kromě nízké ceny a spolehlivosti byl také univerzálně použitelný a zcela nezávislý na dodávce energie.

"Při využívání vodíku v jakémkoliv jen trochu složitějším zařízení potřebujete obrovské množství detektorů jeho přítomnosti," objasňuje Jenshan Lin z University of Florida. "Ty musí spolehlivě sledovat situaci pořád, nezávisle na tom, zda zrovna třeba došlo k výpadku dodávky elektřiny. A už vůbec nesmíte být odkázáni na to, jestli v nich někdo nezapomněl vyměnit baterie."

Lin se svým týmem proto vyvinul miniaturní vodíkový senzor založený na využití nanostruktur z oxidu zinečnatého, které reagují změnou vodivosti na přítomnost i nepatrných koncentrací vodíku v prostředí - od deseti miliontin objemu, což je úroveň hluboko pod hranicí vzniku třaskavé směsi. Ještě důležitější ale je, že tento senzor dokáže bezdrátově odeslat informaci na vzdálenost až 20 metrů a nepotřebuje k tomu žádný elektrický zdroj. Energii totiž čerpá z nepatrných vibrací zařízení, na němž je upevněn. Každý motor, čerpadlo, potrubí, nebo jakýkoliv jiný energetický systém je totiž zdrojem dostatečně intenzivních vibrací k "pohonu" stovek takových mikrosenzorů.

Mikrosenzor přítomnosti vodíku čerpá energii z vibrací prostředí|foto: University of Florida

University of Florida vývoj detektoru původně prováděla ve spolupráci s NASA, která jej potřebovala pro sledování vodíkových nádrží a motorů raketoplánů Space Shuttle. Bushův program Hydrogen Fuel Initiative usilující o náhradu fosilních paliv však vedl k tomu, že o ně jeví rostoucí zájem jak konstruktéři a výrobci vodíkových nebo hybridních automobilů, tak provozovatelé zařízení, která budou plyn pro vodíkovou energetiku vyrábět a distribuovat.

autor: Petr Kos