Forskning i framkant när KTH:s forskningsplattformar delade scen hos IVA

Seminariet Hållbar energiomställning - vilka är de materialvetenskapliga utmaningarna?  arrangerades den 11 maj av KTH:s forskningsplattformar Material och Energi tillsammans med Kungl. Ingenjörsvetenskapsakademien (IVA).

Dagen rymde ett kunskapssprängt program fyllt av forskningsresultat som kan visa vägen mot en mer hållbar energianvändning. Välkomnade gjorde Tuula Teeri, vd för IVA och därefter gav Jonas Weissenrieder en överblick av KTH:s Materialplattform och Lina Bertling Tjernberg en insyn i KTH:s Energiplattform. 

Stort behov av fossilfritt järn

Första talare för dagen var Ulla Sandborgh, vd för Jokkmokk Iron, som bildats för att utvinna järnmalm i Kallak/Gállok. Att få tillstånd tog nio år, och nu genomförs en miljökartläggning i området. Planen är att stanna på platsen i drygt 30 år för att därefter helt återställa den. 

Hon betonade behovet av fossilfritt järn för omställningen till ett hållbart, fossilfritt samhälle. Och berättade att järnbrytningen görs i linje med EU:s Critical Raw Materials Act vilket är en lista på kritiska råmaterial, där samtliga är strategiska för framtiden. EU har satt upp mål för hur mycket av materialen också måste utvinnas och processas inom EU. 

Gruvan i Kallak/Gállok kommer att bli den trettonde i raden av svenska gruvor. 

Nya katalysmetoder

Nästa punkt på programmet var en trededelad presentation. Först ut var Anders Nilsson, professor i fotonvetenskap på Stanford University samt professor i kemisk fysik vid Stockholms universitet. Han tog avstamp i historien, särskilt i utvecklingen av metoderna för att tillverka konstgödsel, för att ge en överblick av utvecklingen av olika katalysmetoder.

Anders Nilsson berättade bland annat om hur stora företag som SHELL i dag har målet att använda solceller för att producera bland annat metan. Men samtidigt krävs nya katalysatorer för att lyckas. 

Katalysen är en mycket komplex process att hantera, med hundratals molekylära tillstånd och reaktionssteg samt mycket beroende av ytan av de ingående ämnena. Här behövs nya metoder för att öka kunskapen om bland annat kemiska känslighet och ytkänslighet för att skapa bättre processer. 

Nilssons forskargrupp har utvecklat ett sätt att använda elektronmikroskopi för att visa vilka reaktioner som sker på ytan av olika material. Detta gör det enklare att förstå både historiska och nya katalysmetoder. 

Efter honom tog Joydeep Dutta, professor i funktionella material, KTH, scenen. Han betonade behovet av nya metoder som katalyserar väte med högre effektivitet än dagens. Särskilt viktigt är det för att kunna hantera klimatomställningen samtidigt som behovet av energi ökar i världen. 

Spjälkar vatten på nytt sätt

Joydeep Duttas har utvecklat en ny teknik för att spjälka vattenmolekyler utan de membran som används i dagens lösningar. Tekniken är billigare än dagens och uppvisar likvärdig effektivitet. Ännu återstår att optimera både teknik och material, därefter kan den bli möjlig att använda för att bygga nya katalysatorer med en legolik approach.

Därefter följde en presentation av Dan Harding, professor vid KTH, som berättade om sin forskning med målet att öka förståelsen av vilka mekanismer som styr katalytiska reaktioner på atomnivå. Kunskapen är viktig för att vidareutveckla dagens katalysatorer inom alla områden. 

Dan Hardings forskargrupp utvecklar en experimentell teknik, Near-Ambient Pressure Velocity Map Imaging, för sina studier. Den gör det möjligt att få fler detaljer kring hur varje reaktion sker vilket gör det möjligt att skapa teoretiska modeller för att modellera mer komplexa system. 

Ökar livslängden hos elnäten

Efter en lunch där seminariedeltagarna fick möjlighet att fördjupa diskussionen och knyta nya kontakter följde ett panelsamtal. Här deltog Lina Bertling Tjernberg, professor i elkraftnät vid KTH, Mikael Dahlgren, forskningschef vid ABB, Bo Normark, Industrial Strategy Executive EIT InnoEnergy, och Mikael Unge, Senior Principal Scientist vid NKT och adjungerad professor vid KTH. 

Paneldiskussionen hade titel “Energy efficiency for high voltage equipment and life time extension models” och modererades av Ulrica Edlund, vice föreståndare vid KTHs materialplattform och professor i polymerteknologi vid KTH.

Lina Bertling Tjernberg inledde genom att betona elnätets roll i klimatomställningen, och även säkerhetsaspekterna kring näten. Sedan lyfte hon en rapport från CIRED (International Conference & Exhibition on Electricity Distribution) om hur dagens elnät kan användas längre med olika metoder för livslängdsförlängning. Något som kan bidra till ett mer hållbart utnyttjande av tekniken.

Rapporten bygger bland annat på en rad fallstudier för att samla kunskap till en rad verktyg och strategier för att förlänga livslängden på hela elsystemen och det kommer publiceras vid CIREDs konferens i Rom i juni . 

Därefter gav ABB:s forskningschef Mikael Dahlgren en insyn i ABB:s mål för hållbar utveckling och vägen dit. Här finns exempel som att använda återvunna material i nya elkomponenter, och att renovera robotar för att de åter ska komma i användning. 

Han betonade användningen av livscykelanalys av produkter och tjänster för att lägga grunden för cirkulära affärsstrategier. Här tog han elmotorer som exempel där sensorer används framgångsrikt för att optimera energiförbrukningen hos motorerna för att passa olika miljöer och tillämpningar. 

Avslutningsvis betonade han att designen är viktig för att lägga grunden för en cirkulär produktion. 

Viktigt med en systemsyn

Bo Normark delade med sig av sina erfarenheter av framgångsrik innovation. För att skapa sann innovation så krävs det att ett företag går ett steg längre än till sina egna produkter. Han gav flera exempel på detta där det gemensamma var en systemsyn snarare än en djupdykning i enskilda delar av produkter och tjänster. 

Han pekade på också på behovet av ett starkare samarbete i den pågående energiomställningen, där riskerna i utvecklingen delas bättre mellan parterna. Och behovet av realistiska planer för framtiden, vilket i sig reducerar riskerna med en mer kraftfull utveckling och utbyggnad. Här behöver Sverige höja rösten inom EU för att bättre kunna påverka lagar och regleringar, som i sig är viktiga för utvecklingen. 

Mikael Unge betonade högspänningskablarnas roll i ett hållbart energisystem. Han berättade bland annat om den utökade tillverkningen av kablar i Karlskrona i form av ett 200 meter högt kabeltorn. Mikael Unge pekade också på vikten av materialutveckling för att tillverka kablar med de bästa förutsättningarna för överföring av el långa sträckor med hög spänning. 

Något som försvårar den pågående energiomställningen är att den måste ske så snabbt, menade Lina Bertling Tjernberg. Och att de sammankopplade systemen kan leda till händelser och situationer som är svåra att förutse eller helt enkelt okända. Här behövs mer kunskap och teknik för att förstå utmaningar och brister. 

Mikael Dahlgren menade att elektricitet i dag ersätter fossila bränslen i en allt högre grad vilket driver på behovet av mer elektricitet. Men att dagens reglering gör utbyggnaden för långsam och utmanande. 

Nya tekniker för solenergi

Efter panelsamtalet följde presentationer av de två KTH-professorerna Licheng Sun och Liubov Belova under rubriken ”Enabling technologies for solar energy”. Christophe Duwig, vice föreståndare för KTHs energiplattform modererar panelen.

Licheng Sun, professor i organisk kemi vid KTH, visade resultat från framstegen inom konstgjord fotosyntes. Här har forskarna konstruerat en molekylär katalysator som kan oxidera vatten till syrgas. Med hjälp av tekniken kan solljus användas för att spjälka vatten till vätgas och syrgas.

Sun talade även om forskningen kring nya sätt att skapa mer stabila solceller som baseras på perovskit. 

Professor Liubov Belova inledde med att betona behovet av mer energisnåla tillverkningsmetoder när det kommer till nya fossilfria energilösningar. Hon gav en inblick i forskningen som lett fram till nya tillverkningsmetod för solceller i materialet perovskit med hjälp av bläckstråleteknik. 

Metoden har en rad fördelar, som att den är snabb, skalbar och energisnål, samtidigt som den är mycket effektiv när det gäller materialförbrukning. Dessutom är tekniken möjlig att använda på fältet, till exempel i katastrofmiljöer, samtidigt som produktionen fjärrstyrs.

Belova berättade även om en ny metod för att utveckla fotokatalytisk produktion av väte med hjälp av ultraporösa aktiva filmer. I dag samarbetar Belovas forskargrupp bland annat spanska forskare för att utveckla en labbreaktor för väteproduktion.

Samarbete viktigt för utvecklingen

Dagen avslutades med ett mer visionärt panelsamtal som tog avstamp i den kunskap som presenterats under dagen. I diskussionen deltog Annika Ramsköld, hållbarhetschef på Vattenfall, samt tidigare nämnda Joydeep Dutta och Bo Normark, under ledning av Lina Bertling Tjernberg. 

Paneldeltagarna var eniga om behovet av nya material som en nyckel i teknik som utvecklas för att hantera energiomställningen och en ökande elproduktion. Bo Normark betonade behovet av en gemensam vision som kan leda utvecklingen av nya och billigare material. 

Han pekade på hur nya startup-företag kan vara en god länk i kedjan mellan samhälle, marknad och större företag samt akademin. 

Behovet av ett närmare samarbete mellan alla aktörer lyftes av flera av paneldeltagarna. Annika Ramsköld pekade på styrka i att arbeta mer i samverkan, samtidigt som det finns ett behov av att bättre formulera både mål och behov. 

Hon lyfte också vikten av att visa mer konkret hur nya material hela tiden kommer i användning, och tog som exempel vindturbintorn som i dag kan byggas bland annat i trä. Att ge goda exempel motiverar både studenter och andra till att vilja bidra. 

Avslutningsvis betonades också behov av en helhetssyn som omfattar alla stadier från design till produktion, allt för att skapa hållbara lösningar som blir möjliga att återvinna. Det är viktigt att optimera hela ekosystemet och inte bara delar av det för att lyckas med energiomställningen, betonade Annika Ramsköld. 

Se webbsändningen från seminariet i efterhand

Det genomförda programmet, engelska

Text: Magnus Trogen Pahlén