創新感測技術：守護氫能基礎設施的安全

隨著氫能經濟的快速發展，確保氫氣輸送與儲存的安全性成為關鍵議題。德國弗勞恩霍夫研究院（Fraunhofer Institute）的科學家們開發出一系列先進的感測系統與量測裝置，能夠精準偵測氫氣管線與儲槽的洩漏問題。這項創新技術可應用於化學工業中的氫氣運輸與設施的即時監控，為未來的氫能經濟提供全方位的安全保障。

在氫能基礎設施的建置過程中，管線、儲槽與聯結器的安全性至關重要。由於氫氣具有無色無味的特性，且極易燃燒與爆炸，弗勞恩霍夫物理量測技術研究所（IPM）開發的感測與量測系統，能夠可靠地偵測到極微量的氫氣，迅速且簡便地發現各種洩漏情形。

這項研究是德國聯邦教育與研究部（BMBF）與尤利希專案管理組織（PtJ）共同發起的TransHyDE氫能旗艦計畫的一部分。來自研究機構與產業界的合作夥伴共同致力於開發氣態氫的運輸與儲存解決方案，其中弗勞恩霍夫IPM的Carolin Pannek博士及其團隊負責安全基礎設施的子計畫。

為因應多元化的應用場景，研究團隊開發了三種不同的感測系統。首先是利用光聲效應的超音波感測器，當光線從光源射入裝置時，會在氣體中產生超音波範圍的共振聲波。當氫氣透過薄膜進入容器時，會引起共振頻率的改變，這種音調變化可由微機電系統（MEMS）麥克風偵測到。

Pannek博士解釋道：「這種感測器可用於檢查容器、管線或聯結器，也可以像煙霧偵測器一樣在房間內安裝多個裝置，形成感測網路。」此外，這款超音波感測器還能檢測氫氣中極微量的雜質分子，對於需要高純度氫氣的燃料電池應用至關重要。

為簡化氫氣的儲存與運輸，研究團隊開發了以氨（NH₃）作為載體的替代方案。由於氨具有高度毒性，快速且可靠的洩漏偵測顯得尤為重要。為此，弗勞恩霍夫IPM開發了一款雷射光譜儀，可在最遠50公尺的距離外進行遠端檢測。Pannek博士表示：「專家可以手持這款輕巧的裝置安全地檢查管線或儲槽，也可以將其安裝在機器人或無人機上，用於巡檢工業設施或飛越管線進行檢測。」

第三種量測系統基於拉曼光譜原理，利用光與物質的相互作用產生拉曼效應。弗勞恩霍夫IPM在拉曼系統的設計與配置方面擁有豐富經驗，為TransHyDE計畫開發了一款基於濾波器的拉曼感測器，能夠在複雜介質中選擇性地檢測氫氣。這款裝置採用低成本元件，包括價格實惠的CMOS相機，且具有便攜性，可作為移動式檢測站用於氫氣定量分析。

所有感測系統都設計成多功能且可適應各種不同場景。弗勞恩霍夫的專家們可根據需求，為產業客戶、能源供應商與氫能專案營運商提供全方位的安全使用建議。Pannek博士對氫能的未來充滿信心：「氫能經濟的擴充套件現在就可以開始。」