Em ambientes onde o hidrogénio é utilizado, são geralmente necessários sensores fiáveis para monitorizar fugas, a fim de prevenir a formação de misturas inflamáveis. No entanto, os ambientes húmidos frequentemente prejudicam o desempenho dos sensores existentes. Investigadores da Universidade de Tecnologia de Chalmers, na Suécia, desenvolveram recentemente um novo tipo de sensor de hidrogénio que não só funciona de forma estável em condições húmidas, como também vê o seu desempenho melhorar com o aumento da humidade.
O primeiro autor do estudo, o estudante de doutoramento Athanasios Theodoridis, salientou: "Muitos sensores existentes tornam-se mais lentos ou o seu desempenho degrada-se em ambientes húmidos. Mas quando testámos o novo conceito de sensor, descobrimos que quanto maior a humidade, mais forte é a resposta ao hidrogénio." Este trabalho foi publicado na revista ACS Sensors.
O hidrogénio está a ser cada vez mais utilizado em áreas como os transportes, a indústria química e a produção de aço verde, e os seus ambientes de utilização são frequentemente acompanhados por vapor de água. Por exemplo, as células de combustível geram água ao produzir energia, e a sua operação requer um certo nível de humidade. Além disso, a humidade do ar em torno das instalações de armazenamento de hidrogénio pode flutuar com as condições meteorológicas, pelo que os sensores de hidrogénio resistentes à humidade são particularmente importantes para a segurança.
Este novo sensor tem aproximadamente o tamanho da ponta de um dedo e contém no seu interior nanopartículas de platina. Estas partículas combinam funções catalíticas e de deteção: podem catalisar a reação entre o hidrogénio e o oxigénio para gerar calor, o que provoca a evaporação de um filme fino de água na superfície do sensor. A concentração de hidrogénio determina o grau de evaporação do filme de água, enquanto a humidade ambiente controla a sua espessura. Assim, a concentração de hidrogénio pode ser medida monitorizando a espessura do filme de água. Quanto maior a humidade, mais espesso é o filme e maior é a sensibilidade do sensor.
Uma mudança de cor é utilizada para indicar a concentração de hidrogénio: as nanopartículas de platina exibem uma cor específica através do efeito plasmónico. A cor muda em resposta a variações na concentração de hidrogénio e emite um alerta quando um valor crítico é atingido. Com o apoio do centro de competências TechForH2, a equipa passou do desenvolvimento de sensores baseados em paládio para este novo "sensor de hidrogénio plasmónico catalítico" baseado em platina.
A equipa testou o sensor em condições de humidade contínua durante mais de 140 horas. Theodoridis afirmou: "Demonstrou um desempenho estável em diferentes níveis de humidade e foi capaz de detetar hidrogénio de forma fiável, o que estabelece uma base para a sua utilização em ambientes reais."
O sensor pode detetar concentrações de hidrogénio tão baixas como 30 partes por milhão, tornando-se um dos sensores de hidrogénio mais sensíveis atualmente disponíveis para ambientes húmidos. O professor de Física da Universidade de Tecnologia de Chalmers, Christoph Langhammer, disse: "Com a utilização crescente do hidrogénio, existe uma procura de mercado por sensores resistentes à humidade que sejam mais pequenos, possam ser produzidos em massa e tenham um custo mais baixo. O nosso novo conceito atende a estes requisitos." Ele também observou que no futuro poderá ser necessário combinar vários materiais para desenvolver sensores adaptados a diferentes ambientes.
Mais informações: Autores: Athanasios Theodoridis et al, Título: «Catalytic Plasmonic Platinum Nanoparticle Sensor for Hydrogen Detection in High-Humidity Environments», Publicado em: ACS Sensors (2025). Informação da revista: ACS Sensors
