Vetyantureiden suorituskyvyn analyysi

Abstract

This thesis was commissioned by Jyväskylä University of Applied Sciences and it was conducted as part of the Carbon – from Harm to Benefit project. The project focuses on developing methods for capturing carbon dioxide and converting it into valuable compounds, such as green hydrogen produced by microalgae. The experimental work for this thesis was done at the Department of Chemistry, University of Jyväskylä.

The purpose of this thesis was to test how well different gas sensors can detect low levels of hydrogen in a simple measurement setup. The sensors used were the MQ-8 semiconductor sensor and the electrochemical SEN0473 and ZE07-H2 sensors. Their results were compared with reference measurements from a gas chromatograph equipped with a thermal conductivity detector (GC-TCD). Pure hydrogen was injected into a sealed sensor chamber, where the gas was circulated continuously.

The results showed that the sensor responses were affected by irregular conditions in the measurement chamber. The measurement results varied between sensor types. This means that single measurements were not fully accurate. Still, the sensors could detect low levels of hydrogen and provided useful data. These test results were used to improve the measurement system and to study how the sensors could detect hydrogen produced by microalgae.

Opinnäytetyön toimeksiantajana toimi Jyväskylän ammattikorkeakoulu. Työtä hyödynnettiin osana Hiili - haitasta hyödyksi -hanketta, jonka tavoitteena on kehittää hiilidioksidin talteenottoa ja muuntamista mikrolevien tuottamiksi arvoaineiksi. Työn kokeellinen osuus toteutettiin Jyväskylän yliopiston kemian laitoksen tiloissa.

Opinnäytetyön tavoitteena oli arvioida elektrokemiallisten ja puolijohdekaasuantureiden soveltuvuutta vetykaasun mittaamiseen yksinkertaisessa mittausjärjestelmässä. Tutkittavat anturit olivat MQ-8-puolijohdeanturi sekä elektrokemialliset SEN0473- ja ZE07-H2-anturit. Antureiden mittaamia vetypitoisuuksia verrattiin rinnakkaismäärityksiin, jotka suoritettiin lämmönjohtavuusdetektorilla varustellulla kaasukromatografilla (GC-TCD). Mittauksia suoritettiin injektoimalla puhdasta vetykaasua kaasutiiviiseen anturilaatikkoon, jossa oli kaasukierto.

Työssä havaittiin, että mittausjärjestelmän kaasutiiviys, vedyn injektiotapa sekä se, ettei mittausjärjestelmä tyhjentynyt täysin mittausten välillä, vaikuttivat antureiden vasteisiin merkittävästi. Antureiden mittaamat vetypitoisuudet vaihtelivat huomattavasti anturityyppien mukaan, minkä vuoksi voidaan todeta, ettei yksittäisten antureiden antama mittaustulos ollut kovin tarkka. Mittaukset kuitenkin osoittivat, että käytetyt anturit kykenevät havaitsemaan matalia vetypitoisuuksia suuntaa antavasti ja niiden jatkotutkimus on perusteltua erityisesti mittausjärjestelmän parantamisen jälkeen.

Saatuja tuloksia hyödynnettiin mittausjärjestelmän parannuksessa sekä jatkotutkimuksessa, jossa selvitettiin antureiden käyttökelpoisuutta mikrolevien tuottaman vetykaasun havaitsemisessa.