Från en materialforskares vardag

4
826

Smartare solceller, smidigare plaståtervinning och vegetarisk buffé istället för bratwurst

Det är lätt att känna sig uppgiven när klimatlarmen kommer allt tätare. Men det händer också positiva saker inom forskningen, i skuggan av skogsbränder och smältande glaciärer. Materialforskaren Svante Svensson rapporterar från ett möte på det tyska laboratoriet BESSY II, där man nu kan se hur bland annat solcellstekniken har blivit mycket effektivare och därigenom också billigare, och hur plast kan återanvändas på ett mycket enklare och kostnadseffektivare sätt. Det finns alltså hopp!

Efter pensioneringen har jag – tillsammans med en fysikerkollega från Uppsala – fortsatt att vara verksam som forskare. Nu för det mesta vid BESSY II-laboratoriet i Berlin. Det är ett stort laboratorium som är uppbyggt kring en synkrotronljusanläggning. I korthet handlar det om en mycket stor maskin som genererar korta pulser av röntgenstrålning. Strålen är väldigt tunn och har mycket hög intensitet. Vi använder denna maskin till att studera material – alltifrån biologiska molekyler och enzymer till vätskor och fasta material. Laboratoriet används årligen av flera tusen forskare från hela världen. Varje år har vi ett användarmöte, där vi diskuterar framstegen och skapar gemensamma framtida projekt.

2019 års möte, i början av december, var annorlunda. Klimatfrågan gör sig ju allt mer påmind och här har vår forskning stor betydelse. De nya energimaterialen kan studeras i detalj med röntgenstrålning från anläggningar som BESSY II, och våra undersökningar gör det möjligt att åstadkomma stora förbättringar av dessa material.

Vardagen handlar förstås om små framsteg, exempelvis någon eller några procent ökad effektivitet. Men när dessa små steg läggs samman (med ränta på ränta) blir resultatet rent märkvärdigt.

Vi kan ta solcellerna som ett exempel. Utvecklingen har nu fortgått i över 45 år. I början var effektiviteten mycket låg och priset för en kilowattimme var flera storleksordningar högre än priset för exempelvis el från ett kolkraftverk. Vi kan nu begrunda utvecklingen alltsedan dess.

De bästa solcellerna kan nu omvandla 47 procent av solstrålningen till elektrisk energi. Sådana solceller är ännu dyra. Men det finns vägar att göra dem mycket billigare. Priset för att framställa solpaneler har nu sjunkit så mycket att kostnaden ligger kring 20–30 öre per kilowattimme! Alltså långt långt under kostnaden för kärnenergi eller kolkraft. Och detta utan subventioner.

En av forskarna på vårt användarmöte i Berlin var från Tekniska Högskolan i Stockholm. Hon berättade om sitt arbete med en ny sorts solceller som kan konkurrera med de kiselceller som annars är de mest använda idag. Man har nu nått en verkningsgrad på 24 procent för en enkel solcell, men med dessa nya material är det möjligt att bygga tandemceller som möjliggör en verkningsgrad på drygt 40 procent. Solen är en enorm energikälla. När den lyser strålar det in ungefär 1,4 kilowatt per kvadratmeter. Om man kan omvandla 40 procent till el på ett billigt sätt, genererar alltså varje kvadratmeter 0,4×1,4 kW, det vill säga cirka 500 Watt. Varje kvadratmeter solpanel räcker till att driva minst 50 starka LED-lampor på 10 Watt var.

Det finns nu också laboratorieresultat som visar att det går att fördubbla energitätheten i litiumbatterier, samtidigt som man gör dem säkrare! Både elproduktion med solenergi och lagring av el gör faktiskt jättekliv just nu.

Ett annat betydelsefullt föredrag visade att man – snabbt och med precision – kan se hur även mycket stora molekyler ser ut. I detta fall hade man studerat ett enzym, det vill säga en stor molekyl som gör en viss kemisk reaktion möjlig vid låg temperatur. Enzymet som tagits fram genom studier på BESSY II kan sönderdela plaster – och därmed är en cirkulär ekonomi möjlig. Plasterna kan efter användning återanvändas som råvara. Ingen hög temperatur är nödvändig!

Detta är bara några få exempel på vad som presenterades på ett alldeles vanligt användarmöte vid forskningsanläggningen BESSY II i Berlin. Det finns nu cirka 50 liknande laboratorier i världen och den samlade forskningen är närmast att likna vid en armé som flitigt skrapar fram det nödvändiga kunskapslyftet.

Årets möte avslutades inte som vanligt. Sista timmen ägnades åt en paneldebatt med forskare och en inbjuden gäst som deltagare. Temat var klimatförändringen och hur vårt laboratorium kan bidra till den nödvändiga omställningen till fossilfri energiproduktion. Man hade bjudit in en väldigt ung person, en representant för “Fridays for Future”. Hon var lite försenad, för hon kom direkt från en lektion i sitt gymnasium. Hon höll ett kort lysande tal om klimatet och om varför ungdomar, och särskilt de från fattiga länder, är särskilt berörda av det som nu håller på att hända. Hon talade om “Climate Justice”. Klimaträttvisa – ett intressant ord som man kan tänka länge på.

Mötet avslutades som vanligt med en buffé. I alla år har den buffén hetat “Berliner Büfett”. Innehållet har varit väldigt tyskt. Öl, bratwurst och grillade revben. I år var den utbytt mot en “grünes Büfett”, alltså en grön buffé. För att få ner utsläppen av koldioxid räcker det ju inte bara med forskning. Vi måste alla göra förändringar i vardagen. Men det finns oändligt med hopp – bara vi får i gång processen att byta energiteknik och förmår hindra klimatförnekarna att sätta käppar i hjulen.


Svante Svensson är fibbare sedan starten 1971. Han har verkat som lärare, forskare och professor vid Uppsala Universitet, men har även arbetat för det svenska synkrotronljuslaboratoriet MAX i Lund. Nu är han 72 år men gläder sig åt att en stor ungdomsrörelse med Greta Thunberg tar fasta på vetenskapen för att göra något för klimatet.

ANNONS

4 KOMMENTARER

  1. Mycket roligt med dessa positiva nyheter från forskningsfronten. Och fantastiskt med vetenskapsdiskussion i FiB/Ks spalter. Anders Persson hade ett inlägg i höstas om meteorologins möjligheter, men annars har det varit tunnsått.

    Allra mest glädjande kanske det ändå var att Greta Thunberg kan sluta sin skolstrejk och börja ta igen sina förlorade lärdomsspån då strejk uppenbarligen inte är nödvändig för att komma till tals med inflytelserika personer.

  2. “flera tusen forskare från hela världen” skriver Svante i sitt mycket läsvärda bidrag, och det är så sant som det är sagt. Jag har svårt att föreställa mig en mer internationell miljö än en synkrotronljusanläggning.

    LED och solceller är “tvillingar”. LED innebär att elektricitet omvandlas till ljus, solcellen att ljus omvandlas till elektricitet. De fysikaliska processerna är mycket likartade, men i LED-fallet vill man att elektron-hål-par ska rekombinera så effektivt som möjligt eftersom det är rekombinationen som skapar ljus. För solcellen är det precis tvärtom: elektron-hål-paret som ljuset skapar ska absolut inte rekombinera! Om man kan undvika rekombination skapas elektricitet.

    På en stor arbetsplats innebär övergång till LED inte bara en lägre elräkning, utan också att det arbetskrävande arbetet med att byta ut trasiga lampor kan reduceras till nästan noll.

    På min arbetsplats har vi installerat solceller på taket. När man kommer på morgonen kan man på en monitor se hur mycket el som produceras. Även en gråmulen vinterdag producerar solpanelerna el.

    Att vi kan kommunicera så enkelt och snabbt som vi gör idag beror på optiska fibrer, genom vilka nästa all kommunikation går. Kostnaden för dagens kiselbaserade fibrer är per meter billigare än spagetti!

  3. Det är mycket bra att solceller blir mer effektiva och billigare. Där finns en enorm potential. Vi får dock inte glömma att solceller består av olika skikt av kemiska ämnen som i vissa fall förutsätter en smutsig framställning från bergarter där det värdefulla ämnet förekommer i låg koncentration. Vilka ämnen används idag och vilka är på gång i nya varianter av solceller?

  4. De solceller som används mest nu kommersiellt består av kisel, dvs råmaterialet är sand i princip. Verkningsgraden är någonstans kring 15%-20%

    De nya solceller jag refererade till bygger på en materialgrupp som kallas perovskiter. För närvarande måste man ha bly i de bästa cellerna, men det finns en intensiv utveckling som syftar till att ersätta detta med något mer miljövänligt material. Du kan hitta massor av information om detta på http://www.nrel.gov. Där finns bl a ett diagram som heter: Best Research-Cell Efficiency Chart. Där visas hur utvecklingen har gått framåt under de senaste 45 åren. De flesta LED lampor har mycket tunna skikt av Galliumnitrid. Dessa dopas med mycket små mängder av Indium och Aluminium.

    Gallium och Indium utvinns normalt i samband med framställning av Aluminium och Zink. Man bör tänka på att LED lampor har låg temperatur och livslängder som kan uppgå till 100.000 timmar. D v s de behöver nästan aldrig bytas. De lysrör vi tidigare använt hade kvicksilver i rätt stora mängder. Synnerligen giftigt och svårhanterat.

    Bly är vanligt förekommande (en av de äldsta metaller som använts av människor). Men bly är, som bekant, också giftigt. Så det vill man byta ut på sikt.

Välkommen med dina synpunkter!