Viten

Smarte materialer kan gi grønn energiboom

Visjonen om en grønn revolusjon basert på smarte materialer synes nærmere enn noen gang. Og det haster å komme dit.

Superledere har nå gjort sitt inntog i vindkraft. I vindmøller til havs eller til lands vil en generator laget med disse tapsfrie materialene føre til betydelige reduksjoner i vekt og størrelse. Dette fører i sin tur til billigere produksjon av energi. Foto: Arkifoto: Svein Erik Furulund

  • Jacob Linder, Asle Sudbø og Karen-Elisabeth Sødahl
    Institutt for fysikk og Senter for Fremragende Forskning «QuSpin», NTNU
Viten er Aftenpostens satsing på forskning og vitenskap, der forskere og fagfolk fra hele landet bidrar med artikler.

Viten er Aftenpostens satsing på forskning og vitenskap, der forskere og fagfolk fra hele landet bidrar med artikler.

Cirka 10 prosent av verdens energiforbruk går i dag til å drive smarte telefoner, pc-er og internett. Omtrent halvparten av energien går tapt i oppvarming på grunn av elektrisk motstand, og forbruket er økende.
Smarte materialer, med praktisk nyttige egenskaper som kontrolleres av omgivelsene de befinner seg i, har potensial til å øke effektiviteten på en miljøvennlig måte.

Ved forskningssenteret QuSpin ved NTNU i Trondheim studerer vi med forskere fra 12 ulike land nye fysiske fenomener som oppstår i smarte materialer, og som kan redusere dagens energiforbruk.

Metaller uten elektrisk motstand kalles superledere. Når elektrisk strøm går igjennom et vanlig metall, varmes det opp og energi går tapt. I en superleder skjer ingen oppvarming og dermed transporteres elektrisk strøm helt uten tap, friksjonsløst.

En analogi vil være en ishockey-puck som sklir på en isflate uten noensinne å stoppe. På samme vis beveger elektronene i et superledende materiale seg uten elektrisk motstand (se faktaboks).

Professor Jacob Linder, professor Asle Sudbø og senterkoordinator Karen-Elisabeth Sødahl ved Institutt for fysikk og Senter for Fremragende Forskning «QuSpin», NTNU. Foto: Geir Mogen, NTNU


Superledning i vinden

Superledere har nå gjort sitt inntog i fornybar energi, nærmere bestemt vindkraft. I 2018 ble det produsert 36 prosent mer energi via vindkraft enn i 2017. I vindmøller til havs eller til lands vil en generator laget med disse tapsfrie materialene føre til betydelige reduksjoner i vekt og størrelse. Dette fører i sin tur til billigere produksjon av energi.

I fjor ble dette virkeliggjort i EU-prosjektet EcoSwing. Danmark er nå hjemmet til verdens første vindmølle med en superlederbasert generator.

Les også

Hevder å ha revolusjonerende energi til salgs

Stadige verdensrekorder

Superledning krever lave temperaturer. Det er en utfordring for storskala anvendelser. Den høyeste superledende temperaturen målt ved normalt lufttrykk ligger på -135 C, langt under naturlige temperaturer målt på Jorden. Ved å skape ekstremt høyt trykk, klarte tyske forskere i 2014 å få hydrogensulfid (H2S) til å bli superledende ved -70 C. Det var også første gang superledning var påvist ved en temperatur som naturlig opptrer på Jorden, tilsvarende en svært kald vinternatt i Sibir.

I 2018 var det duket for ny verdensrekord. Den høyeste superledende temperaturen som er målt, er nå -23 C, som tilsvarer en middels kald vinternatt i Kautokeino. Superledning i romtemperatur var plutselig gått fra fjern drøm til innen rekkevidde. For 35 år siden var verdensrekorden -250 C!

Dette er en 3D-illustrasjon som viser superledende elektroner (blått bølgeflak) i et smart materiale​. Elektronene oppfører seg ikke som individuelle partikler, men som en enorm kollektiv tilstand. Dette gjør at de kan bevege seg uten motstand i et smart materiale, som her er illustrert ved to lag med atomer (for eksempel karbon-atomer) organisert i et bikube-mønster. Foto: Illustrasjon: Helmet.no


Superdatamaskiner og samferdsel

Både USA og Kina har nylig lansert store forskningsprosjekter der målet er å lage den første superledende superdatamaskinen. Det viser seg at superledende superdatamaskiner kan føre til en reduksjon i energiforbruk til under en hundredel av dagens energiforbruk, selv tatt i betraktning behovet for sterk nedkjøling. Slike maskiner vil være i en helt annen liga enn dem baserte på halvlederteknologi når det gjelder energieffektivitet.

Et område hvor superledning enda ikke er utforsket i nevneverdig grad, er den økende elektrifiseringen av samferdsel. Den sees tydelig i bilindustrien, men blir sannsynligvis mer relevant for båt og fly i de kommende tiårene.

Les også

Hørt om grønn strømming? Om du ser på Youtube istedenfor Netflix, bidrar du til en sunnere klode.

Nye smarte materialer

De fremskrittene som er oppnådd innen superledning de siste fem årene, krever høye trykk. For å få til storskala anvendelser, må vi få til superledning nær romtemperatur ved atmosfæretrykk, ellers blir teknologien for kostbar og upraktisk til å konkurrere med de energieffektive løsningene vi allerede har. Dette krever nye smarte materialer.

Fremstillingen av slike nye materialer går fremover sakte, men sikkert. Denne utviklingen må akselereres. Neste generasjon har forstått dette, og vi erfarer at unge studenter og forskere vil være med og yte sitt bidrag i dette grunnleggende forskningsarbeidet. En ny generasjon forskere, fremtidens nøkkel til å løse klimaproblemene, står klare til å ta fatt på den store oppgaven som ligger foran oss.

Endring i ny versjon: «reduksjon i energiforbruk på over 10000 prosent» er endret til «en reduksjon i energiforbruk til under en hundredel av dagens energiforbruk».

  • Følg Aftenposten Viten på Facebook og Twitter!

Les mer om

  1. Energiforbruk
  2. Energi
  3. Vindkraft
  4. Strøm
  5. Fornybar energi
  6. Teknologi
  7. Viten

Relevante artikler

  1. VITEN

    Pukkellaksen ble satt ut av russerne på 50-tallet. Nå lager den trøbbel i Norge.

  2. VITEN

    Det er ikke alltid enstemmighet og overveldende beviser er et gode

  3. VITEN

    Brystkreft: Kan statistikk og matematikk redde like mange liv som nye medisiner?

  4. VITEN

    Forskning fra flere land: Dette skjer hvis 16-åringene får stemmerett

  5. VITEN

    Et grønt kosthold kan også være dårlig for klimaet

  6. VITEN

    Forskere: Slik kan vi lure hivviruset til å avsløre seg selv