Nanoteknologi – fremtidens verktøy

Allianz stadion i München benytter materialer som gir helt nye arkitektoniske muligheter.
Foto: b schrade

Fremtidens bygninger vil bli preget av helt andre materialer enn de vi kjenner i dag. Med nanoteknologi kan vi skreddersy materialer på atom- og molekylnivå, og få helt nye egenskaper. Materialteknologien beveger seg stadig mer mot materialer som har spesielle funksjoner, for eksempel magnetiske, termiske eller elektriske. Mulighetene er særlig spennende der hvor materialteknologi møter IKT, bioteknologi og kognitiv vitenskap.

Disse teknologiene kalles generiske, det vil si at de har betydning for utviklingen av de fleste sektorer i næringslivet. En viktig anvendelse er ny og bedre energiteknologi.

Mange spår at solcelleteknologien vil bli viktig for å løse verdens økende energibehov på en bærekraftig måte. NANOMAT har bidratt til oppbyggingen av et sterkt forskningsmiljø på dette området, og norske forskere har gode forutsetninger til å være med på denne utviklingen.

I solceller omdannes energi fra solen til elektrisk strøm. Solen er i prinsippet en ubegrenset energikilde: Hver time mottar jorden mer energi fra solen enn verdens samlede energiforbruk på et år. Men vi er langt fra å være i stand til å utnytte solenergien optimalt.

De beste kommersielle solcellene i dag utnytter under 20 prosent av den solenergien som treffer dem. Dette skyldes blant annet at de bare klarer å bruke en begrenset del av solspekteret, og at for mye lys reflekteres. Forskere ved Institutt for energiteknikk (IFE) bruker nanoteknologi for å behandle overflaten av solcellene slik at en mye større del av lyset kan omdannes til elektrisk strøm. De er blant de fremste i verden på sitt område, og har nylig fått innvilget et nytt, stort prosjekt i NANOMAT. Målet er neste generasjons solceller, som vil øke effektiviteten dramatisk i forhold til dagens.
Hva når solen går ned?

En annen utfordring er knyttet til lagring av solenergien. Hva skjer når solen går ned? Eller i områder der det ikke er så mye sol?

Mange håper at hydrogenteknologi kan bli løsningen. Da må hydrogen kunne produseres og lagres på en effektiv måte, før det brukes som brennstoff for å lage elektrisk strøm. Når hydrogen forbrenner i en brenselcelle, er utslippet rent vann. Men det gjenstår noen forskningsutfordringer før hydrogen som energibærer er realiserbart og økonomisk. Også her er nanoteknologi og nye materialer en forutsetning for å lykkes, både når det gjelder produksjon, lagring og bruk av hydrogen. Norske forskere ved blant annet SINTEF, NTNU, Universitetet i Oslo (UiO) og Institutt for energiteknikk jobber med alle disse etappene.
Membraner for globale utfordringer

Det er karakteristisk for nanoteknologi og nye materialer at teknologiske nyvinninger har anvendelser innenfor mange ulike områder. For eksempel kan membraner, eller filtre, være med på å løse mange av de utfordringene som vår verden står overfor.

På energisiden spiller membraner en viktig rolle for å produsere hydrogen fra naturgass, ved at rent hydrogen skilles ut fra en gassblanding. Forskere fra SINTEF, NTNU og UiO har klart å fremstille filtre som bare er noen få mikrometer tynne, og som selektivt kan slippe gjennom rent hydrogen. Når en gass-strøm med et trykk på 26 bar treffer membranen, vil gjennomstrømningen av hydrogen være 2–3 ganger høyere enn det som er målt med andre membraner. Dette åpner for en mer effektiv utvinning av rent hydrogen fra naturgass enn det som har vært mulig til nå.

Membraner er også viktig i bidraget mot global oppvarming, både når det gjelder CO2-fangst, redusert luftforurensning og utviklingen av bioenergi. Og de kan komme til å spille en viktig rolle for å rense drikkevann i utviklingsland, og dermed bidra til å redusere den store barnedødeligheten i disse landene.
Fra LCD-skjermer til nye medisiner

NANOMAT konsentrerer innsatsen først og fremst innenfor fire tematiske områder, som er definert i samarbeid med forskningsmiljøene og nedfelt i den nasjonale strategien for nanovitenskap og nanoteknologi i 2006. Temaene er valgt ut fra behov i samfunnet og sterke norske forskningsmiljøer. Det viktigste temaet er energi og miljø, hvor vi allerede har naturgitte fortrinn og sterke norske forskningsmiljøer. I tillegg skal det satses på IKT, helse og medisin, og hav og mat.

Conpart AS er en spennende ny bedrift som jobber med materialteknologi for mikroelektronikkindustrien i grenselandet mellom mikro- og nanoteknologi. Bedriften produserer 3–5 mikrometer store polymerkuler. Disse inngår som kritiske komponenter i framstilling av LCD-skjermer, i første rekke for å koble sammen elektronikken og LCD-glasset. De kan også benyttes for å kontrollere avstanden mellom de to tynne glassplatene som definerer skjermen.

Bladet Forskning: Nanoteknologi – fremtidens verktøy