Norge

Dette stoffet kan gi renere bilutslipp

Aerogel er verdens letteste stoff. Sammen med kobber er det blitt en billigere, bedre og mer miljøvennlig katalysator.

Postdoktor Tina Kristiansen (t.v.) og førsteamanuensis Karina Mathisen ved NTNU har med metaller og verdens letteste stoff utviklet en ny katalysator. OLE MAGNUS RAPP

  • Ole Magnus Rapp

Verdens bilindustri venter på en bedre katalysator. Mens dagens inneholder sjeldne edelmetaller og er sensitive for vanndamp, vil de nye katalysatorene som er utviklet ved NTNU bli billigere og være vannavstøtende. I dag er renseteknologien best for bensindrevne biler, der slikt ble innført på 80-tallet. Men dieselkjøretøy er en stor utfordring, spesielt personbiler.

Nå forskes det intenst på bedre og billigere løsninger som kan imøtekomme EUs nye krav til redusert utslipp. Allerede neste år vil Euro VI-kravene komme, og bilindustrien leter etter gode rensemetoder.

Bare i Oslo er det registrert ca. 100.000 dieselbiler, og mer enn halvparten av alle biler som selges, drives av diesel.

Billigere og bedre

Via kjemiske prosesser vil innholdet i katalysatoren omdanne den miljøskadelige gassen nitrogenoksid, NOx, til luft. Denne gassen utgjør en av de største truslene mot luftkvaliteten spesielt i byene, og har økt sterkt de siste årene.

Nylig avla Tina Kristiansen doktorgrad ved Institutt for kjemi ved NTNU, der hun presenterte sin forskning på hvordan aerogel tilsatt kobber kan bli en ny, billigere, mer effektiv og mer miljøvennlig katalysator. Hun dokumenterte også andre interessante anvendelser for materialet.

Kristiansen driver grunnforskning, og tester ut nye effekter som nye kombinasjoner av kjente stoffer kan gi.

— Aerogel sammen med for eksempel metaller som kobber, har spennende egenskaper som vi er i ferd med å videreutvikle, forteller hun. - Vanndamp er et problem for dagens katalysatorer. Vår forskning har endt i et produkt der vanndamp faktisk er med på å gjøre prosessen bedre og mer effektiv, sier Kristiansen.

  • En katalysator er et stoff som øker farten på en kjemisk reaksjon uten å forbrukes. Farten øker fordi katalysatoren reduserer reaksjonens aktiveringsenergi.
  • Det kan være fast, flytende eller en gass. I industrien anvendes for det meste faste katalysatorer. Mange katalysatorer er spesifikke og virker bare på bestemte stoffer eller bestemte reaksjoner.

Blander inn gull

Kristiansen har nå fått en fire års stipendiatstilling, der hun arbeider videre med nye anvendelser for aerogel tilsatt kobber. Hun forsker også på hvordan nye egenskaper kan oppstå ved å tilsette gull, eller en blanding av kobber og gull.

Aerogel, her som rosa pulver, er vannavstøtende, superlett, sterkt og kan gi nye produkter som trengs blant annet i bilindustrien. OLE MAGNUS RAPP

Førsteamanuensis Karina Mathisen er hennes veileder, og hun ser frem til mye interessant grunnforskning.— Det Tina jobber med er en intelligent katalysator, den kan endre egenskaper etter behov. Noe slikt er ikke rapportert tidligere, sier Mathisen.

Aerogel er et stoff som for første gang ble fremstilt i laboratorier på 30-tallet. Den vanligste typen aerogel består av samme materiale som sand, nemlig silika. Aerogelene lages fra såkalt «vannglass», et salt som består av silisium, oksygen og natrium og løses i vann. Først fjernes natrium, så tilsettes en base, for eksempel ammoniakk. Basen gjør at nanopartikler dannes og lenker seg sammen og danner store, porøse nettverk. En helt spesiell tørkeprosess må til for å få ut vannet i porene. En ferdig aerogel kan inneholde opptil 99 prosent luft.

  • Aerogel er blant verdens letteste materialer. Fem gram har en overflate større enn en fotballbane, og en bit aerogel på størrelse med en murstein veier litt over et gram.
  • Det er samtidig ekstremt sterkt og kan bære 2000 ganger sin egen vekt uten å kollapse.
  • Aerogel eer funnet opp av den amerikanske kjemikeren Samuel Stephens Kistler i 1931. Det konstruerte materialet kalles ofte frossen røyk eller blå røyk.
  • Det er 15 ganger oppført i Guinness rekordbok for materialegenskaper, blant annet som beste isolator og det faststoff som har minst tetthet.
    Stoffet er sterkt, vannavstøtende, lett og kan tilpasses ønskede funksjoner. Hittil er aerogel benyttet som isolasjonsmateriale i romdrakter og på kjøretøyet som utforsker planeten Mars. Stoffet egner seg til å isolere mot både varme og kulde. Men det er innen katalysator-teknologien forskerne i Trondheim mener den virkelig store, fremtidige nytteverdien vil ligge.

Skreddersys som bæremateriale

Når nye egenskaper nå testes ut, er det viktig for forskerne at aerogelens opprinnelige kvaliteter ikke forsvinner. At det er lett, sterkt, porøst og vannavstøtende er svært sentralt for å skape en ny katalysator.

Tina Kristiansen har både funnet en metode for å feste kobber-ioner i aerogel, og hun har funnet ut hvordan materialet kan skreddersys som bæremateriale for andre metaller i tillegg. Når metallene er bundet fast i gelen, får de helt spesielle egenskaper som de ellers ikke ville hatt. Aerogeler tilsatt kobber kan brukes som en kjemisk verktøykasse til å lage en klasse nye katalysatorer. Mens dagens katalysatorer inneholder kostbare, edle metaller som palladium og platina, har Trondheims-forskerne funnet metoder for å binde det billige og lett tilgjengelige grunnstoffet kobber til aerogel, noe som gir nye, spennende og bedre effekter.

I tillegg til tradisjonelle rensekatalysatorer til forbrenningsmotorer, er det bruk for katalysatorer som påvirker prosesser i nesten all type industri. Blant annet innen produksjon av plast kan aerogel-katalysatoren som nå utvikles, bli svært nyttig.

I kjemilaboratoriet ved NTNU tester Tina Kristiansen ut ulike nye egenskaper aerogel får sammen med forskjellige metaller. OLE MAGNUS RAPP

Fikk prøve det besteStipendiat Tina Kristiansen og førsteamanuensis Karina Mathisen var tidligere i år i Grenoble i Frankrike, der de benyttet et av verdens mest avanserte forskningsverktøy, en synkrotron, til sin aerogel-forskning.

— I en enorm partikkel-akselerator som genererer intense røntgenstråler kan vi følge med på hvordan reaksjonene endrer seg. Kobber endrer egenskaper i en stresstest, og dermed dukker det opp nye anvendelsesområder, sier Kristiansen.

Forskerne vet at blant annet bilindustrien følger med på hva som skjer innen nyutvikling av katalysatorer. Og de er snart klare til å tilby et produkt de vet vil bli etterspurt.

Store forventninger

Også ved Transportøkonomisk institutt har man store forventninger til en ny generasjon rense-katalysatorer.

— Mye av dagens teknologi holder ikke hva den lover. Ofte viser de seg at det som fungerer i laboratorier, ikke har samme gode effekt ute i trafikken, sier forsker Rolf Hagman, som jobber med å redusere utslipp. Han har stor tro på katalysator-forskningen som pågår ved NTNU, og har holdt seg orientert underveis.

— Vi venter spent på å få teste ut deres nyvinning. Personbiler med dieselmotorer trenger nye rensesystemer.

  1. Les også

    Norge må forby sølv i forbruksvarer

  2. Les også

    Nå blir gruvedrift i havdypet en realitet

  3. Les også

    Snart blir strømmåleren smart

Vi videreutvikler våre artikler.
Hjelp oss å forbedre, gi din tilbakemelding.
Gi tilbakemelding

Relevante artikler

  1. VITEN

    Smarte materialer kan gi grønn energiboom

  2. VITEN

    Slik kan vi lage bærekraftig bioplast av CO₂ uten å bruke opp truede grunnstoffer

  3. LANGRENN

    «Skremmende» funn hos dyr i norske VM-løyper: – Kan bli der i hundre år

  4. A-MAGASINET

    Nobelprisvinner May-Britt Moser: – Jeg vil ikke ende opp i showbransjen. Men vi forskere kan ikke bli så kjedelige at folk faller av lasset

  5. A-MAGASINET

    Dette kan bli den nye gulloppskriften for norsk langrenn

  6. NORGE

    UiB-forskere har undersøkt hvilken mat som er farligst for hjertet. – Jeg ble overrasket da jeg så resultatene.