Hoppa direkt till innehållet
printicon
Huvudmenyn dold.
Publicerad: 20 jun, 2018

Nanoteknik för miljövänlig energi

NYHET Thomas Wågberg har installerat solfångare på hustaket. Numera tar hans privata miljöengagemang också plats i hans forskning. Med hjälp av nanoteknik vill han ta tillvara på energi från solen.

– Tidigare har jag haft svårt att hitta en miljökoppling i min forskning. När chansen dök upp att få forska om solenergi var jag inte sen att haka på. Det är ett område som jag verkligen brinner för, säger Thomas Wågberg, som är docent vid institutionen för fysik.
Han är verksam i två av Umeå universitets starka forskningsmiljöer: Solljus som bränsle och Ljus i naturvetenskap och teknik.

Inom forskningsmiljön Solljus som bränsle vill Thomas och hans kollegor härma fotosyntesen för att utvinna vätgas. Det finns de som talar om vätgas som framtidens energirevolution, ett förnyelsebart och outsinligt bränsle. Om vätgasen förbränns, till exempel i en bilmotor, frigörs energi och dessutom bildas bara en restprodukt – vatten – en helt miljövänlig process med andra ord.

Omvandlar energi

Med hjälp av bränsleceller går det att omvandla energi från vätgas till elektricitet och värme. Bränslecellerna är som ett batteri som kan ”tankas” med väte, men även med metanol och etanol.
– Vi arbetar med att utveckla kolmaterial i nanostorlek som kan förbättra bränslecellerna genom att de hjälper katalysatorerna i bränslecellerna att trigga igång reaktionerna. I framtiden vill vi också arbeta med vätgas, men där är vi inte ännu eftersom de katalysatorer vi arbetar med nu är mer anpassade för andra bränslen. Just nu fokuserar vi därför på metanol och etanol. Det är visserligen mer grönt än bensin eftersom det hjälper till att minska oljeberoendet även om det inte minskar växthuseffekten eftersom koldioxid fortfarande är en restprodukt. .

Kolnanorör växer fram

Thomas arbetar med en mängd olika typer av kolmaterial med häpnadsväckande egenskaper. Särskilt intresserad är han av de starka kolnanorören, som ser ut som hoprullade hönsnät. De är perfekta att använda till bränsleceller eftersom de är så små samtidigt som de har en stor yta som det går att fästa katalysatorer på. Dessutom hjälper de katalysatorerna att leda de frigjorda elektronerna rätt så att det går att få ut ström ur bränslecellerna. Thomas tillverkar kolnanorören genom att tillsätta en gas av kolkedjor till en ugn med metallpartiklar. Den höga temperaturen på 500-600 grader gör att kedjorna bryts sönder. De fria kolatomerna går in i metallerna och ur dem växer kolnanorör fram. Nanorören har antingen enkla väggar eller flera väggar, då träs rören ovanpå varandra likt en rysk docka. – Vi vill förstå varför det ibland bildas enkelväggiga och ibland flerväggiga kolnanorör och hur man kan kontrollera kolnanorörens tillväxt. Vi har lyckats ganska bra med detta genom att variera storleken på och typen av metallpartiklar, berättar Thomas.
Målet är att tillverka kolnanorören på ett billigt sätt så att det blir lönsamt att massproducera dem. Dessutom vill de kunna producera precis den typ av kolnanorör som behövs för en specifik tillämpning.

Liknar telefonsladdar

Deras senaste tillskott bland kolmaterialen är en slags mix mellan kolnanorör och kolnanofiber. Till utseendet liknar de telefonsladdar. De är snäppet bättre att använda till bränsleceller, eftersom de har ännu större yta att fästa katalysatorerna på. Det är också lättare att fästa olika katalysatorer på dem. – Vi har av en slump hittat en effektiv metod för att producera de telefonsladdsliknande kolnanorören. När vi tillverkar dem får 95 procent samma struktur.
Tillsammans med doktoranden Florian Nitze och postdoktorn Guangzhi Hu som ingår i hans forskargrupp har han nu sökt patent på en metod som mycket effektivt kan användas för att dekorera olika kolnanostrukturer med katalysatorer.

Studerar vibrationerna

Thomas undersöker kolnanorörens egenskaper med hjälp av Ramanspektroskopi och infraröd spektroskopi. Teknikerna går ut på att belysa ett material med ljus och sedan studera vibrationerna mellan atomerna och molekylerna. På så sätt går det att förstå materialets egenskaper. Umeå universitet har byggt upp ett högklassigt laboratorium för de två teknikerna tack vare ett bidrag från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse.

Småkär i Frankrike

Han talar om vikten av ett bra kontaktnät. Redan som student vid Umeå universitet tillbringande han ett år av sin studietid vid Wiens tekniska högskola. Som doktorand hoppade han på ett utbyte i Berkeley, University of California och Université de Orsay i Paris. – Jag blev lite småkär i Frankrike och gjorde mitt postdoktorarbete vid ett universitet på franska sydkusten. Det passade mig väldigt bra både klimat- och arbetsmässigt.
Han återvände till Umeå med målet att bygga upp en egen forskargrupp. Numera bor han i Vännäs och trots att hemmet ligger tre mil från universitetet tar han ibland cykeln till jobbet. Det gäller utnyttja tiden för att kunna prioritera familjen, hans hustru Ulrika och deras tre döttrar. Träningen behövs inför sommarens tävlingar, den nio mil långa Cykelvasan och en kortvariant av triathlon.

Hungriga och nyfikna

Tack vare den starka forskningsmiljön Solljus som bränsle har han också breddat sina samarbeten vid Umeå universitet. Förutom fysikkollegorna finns också biologer och kemister vid hans sida.
– Vi har goda förutsättningar att lyckas. Vi är duktiga, hungriga och nyfikna med erfarenheter från olika områden. Om fyra år tror jag att vi kommit en bra bit på vägen i vår forskning, säger Thomas Wågberg.

Redaktör: Karin Wikman