Illustration: ESs/Team Henning Larsen Architects

Danske virksomheder skal over Øresund

fredag 28 feb 14
|
af Morten Andersen

Yderligere oplysninger

To af verdens største forskningsanlæg er ved at blive bygget i Lund. Det åbner store muligheder for danske materialeforskere og for dansk industri.

De to superanlæg, der går under betegnelserne ESS og MAX IV, åbner inden for få år. ESS (European Spallation Source) bliver verdens bedste neutronkilde, mens synkrotronen MAX IV (Microtron Accelerator for X-rays) vil indskrive sig i det eksklusive selskab af internationale højintensitets-røntgenkilder. 

Den korte geografiske afstand kombineret med det faktum, at Danmark er medejer af ESS, betyder, at danske forskere og virksomheder er i en gunstig position til at opnå tid både ved ESS og MAX IV. 

ESS er planlagt til indvielse i 2019, mens MAX IV skal stå færdig i 2016. Selvom der endnu er nogle år at løbe på, er det nu, danske virksomheder skal begynde at forberede sig. Det er baggrunden for oprettelsen af en industriportal på DTU om 3D-imaging – hvor man ’ser’ på eller ind i materialer og deres komponenter. Via industriportalen yder DTU-forskere rådgivning til virksomheder om, hvordan de kan få udbytte af anlæggene i Lund. Desuden kan virksomhederne benytte portalen som indgang til at få udført afgrænsede forsøg i DTU’s laboratorier. På den måde kan virksomhederne få afklaret, om der er et potentiale for dem ved at bruge neutron- eller røntgenstråling. 

Anlæg i verdensklasse 

På hver deres måde er neutroner og røntgenstråling stærke værktøjer til at skaffe viden om den detaljerede struktur af materialer og om, hvad der sker inde i dem. De kan således begge bruges til at beskrive, hvor atomerne sidder i et molekyle. Dette sker ved, at strålingen afbøjes og danner såkaldte diffraktionsmønstre, der viser placeringen af atomerne. De kan også begge bruges til 3D-imaging, hvor man skaber 3D-billeder eller film af, hvordan emner ser ud på mikrometereller endda nanometer-skala. 

Neutroner vekselvirker med kernen i atomerne og er særligt velegnede til studier af biologiske prøver. Desuden egner de sig godt til studier af meget store prøver – for eksempel en hel motorblok. Ofte kan det lade sig gøre at studere en vigtig industriel proces under de rigtige driftsbetingelser og i realtid. ESS bliver verdens hidtil mest intense neutronkilde, fem gange stærkere end det bedste anlæg i dag. Danmark er medejer af ESS, og datacenteret for anlægget bliver placeret i København. 

Røntgenstråling derimod vekselvirker med elektronerne i det materiale, som strålingen trænger ind i. Røntgendiffraktion er i dag en standardmetode, som benyttes på tusindvis af forskningslaboratorier verden over. På en synkrotron kan man imidlertid skabe røntgenstråling med så høj intensitet, at man kan se de skjulte strukturer i særdeles høj opløsning. For MAX IV bliver opløsningen i imaging helt ned til 10 nanometer. Anlægget bliver med andre ord et enestående vindue til nano-verdenen. 

Afhængigt af det præcise formål med et forsøg vil neutroner nogle gange være mest velegnede, andre gange vil det være røntgenstråling. Endelig kan det sommetider give uovertruffen indsigt at kombinere de to typer af undersøgelser. Det er naturligvis også en del af baggrunden for at bygge de to anlæg ved siden af hinanden. Anlæggene i Lund og de avancerede imaging-teknikker, der kan foretages på dem, spås at kunne give dansk industri nye muligheder for at udvikle nye produkter og forbedre eksisterende produkter.



illustration MAX IV/Fojab arkitekter

Udenlandske konkurrenter allerede i gang

For virksomheden Danish Power Systems, som fremstiller brændselsceller, er avanceret materialeforskning en nødvendighed. ”Vi ved med sikkerhed, at en af vores udenlandske konkurrenter allerede har fået udført forsøg ved avancerede forskningsanlæg. Jeg er overbevist om, at de danske virksomheder, som udvikler brændselsceller, også kan få glæde af den type eksperimenter,” siger administrerende direktør Hans Aage Hjuler. 

Brændselsceller producerer strøm med høj effektivt og særdeles lav miljøpåvirkning ud fra enten ren brint eller et brintholdigt materiale. Danish Power Systems udvikler brændselsceller i polymermaterialer, såkaldte PEM-celler (Polymer Electrolyte Membrane). Tidligere blev PEMceller betragtet som nicheprodukter, fordi de kun kunne tåle relativt lave temperaturer. Men fremkomsten af højtemperatur-PEM-celler, der kan tåle temperaturer op til 150 grader C, har ændret billedet. 

En kritisk parameter i udviklingsarbejdet er, hvor mange timers drift cellerne kan holde til, forklarer Hans Aage Hjuler: ”Vi vil gerne kende billedet efter for eksempel 1.000 eller 5.000 timer i drift. Det er både dyrt og tidskrævende at udføre så langvarige test. Derfor er vi altid på udkig efter metoder, som kan forbedre vores forståelse af de grundlæggende processer. På den måde sikrer vi, at vi får mest muligt ud af de praktiske test, vi skal udføre.” 

Lad DTU -forskere tage til Lund 

En ekstra fordel ved at få udført forsøg med neutron- og røntgenstråling er, at forsøgene ikke påvirker prøven. Med andre ord kan man teste en stak brændselsceller, som allerede har kørt i 1.000 timer, og bagefter lade de samme celler arbejde videre. Senere kan man undersøge cellerne igen. 

Danish Power Systems har interesse for både ESS og MAX IV: ”Anlæggene kan vise os, hvad der sker i brændselscellerne, mens de arbejder, og det kan tilmed ske, uden at man forstyrrer processen. Det vil med stor sandsynlighed hjælpe os til at optimere vores produkt,” siger Hans Aage Hjuler. 

Virksomheden får allerede udført avancerede undersøgelser ved hjælp af elektronmikroskopi, såkaldte TEM- og SEM-undersøgelser. Det vil man fortsætte med, vurderer direktøren: ”TEM og SEM er fantastisk til at studere overflader med, mens neutroner og røntgen kan vise, hvad der sker inde i cellerne. Sandsynligvis vil eksperimenter i Lund inspirere os til at få udført nye TEM- og SEM-eksperimenter og omvendt.” 

Hans Aage Hjuler forestiller sig dog ikke, at det er ham selv, der skal tage turen over Øresund til Lund: ”Det her er ikke som at gå ned i supermarkedet efter en pakke smør. Det er indviklet at præparere prøverne på den rigtige måde og udvikle de bedste forsøgsopstillinger. Så her vil vi søge samarbejde med forskergrupper, højst sandsynligt på DTU.”



illustration Max IV/Fojab Arkitekter

Stenuld kræver store prøver

Hos Rockwool International har man især øje for MAX IV-anlæggets muligheder. ”Det er altid interessant, når nye metoder kan hjælpe os til at forstå strukturen af vores produkter bedre. Vi har stor gavn af elektronmikroskopi, men her er prøvestørrelserne jo ganske små. I virkeligheden vil vi gerne kunne undersøge strukturen i væsentligt større skala – helt op til centimeterstørrelse. Det vil vi kunne i en synkrotron som MAX IV,” siger programleder i Rockwool Dorthe Lybye. 

Forståelsen af isoleringsmaterialer er ikke så enkelt, som man kunne tro, understreger Dorthe Lybye: ”Fibrene i stenuld filtrer sig ind i hinanden på en ganske kompleks måde. Ud over isoleringsegenskaberne har strukturen betydning på flere andre måder. Benyttes produktet eksempelvis i facadeisolering, vil det blandt andet være udsat for vindpåvirkning. Derfor er også de mekaniske egenskaber i materialet relevante.” 

Rockwool: Røntgen højest på ønskesedlen 

I øjeblikket gennemfører Rockwool International et forskningsprojekt i samarbejde med imaging-industriportalen på DTU, hvor erhvervs-ph.d.- studerende Lucie Chapelle deler sin arbejdstid mellem virksomheden og universitetet. Projektet omfatter såkaldt røntgen-tomografi. ”Når projektet er afsluttet, skal vi naturligvis evaluere resultaterne, inden vi beslutter, om vi skal engagere os yderligere i røntgenundersøgelser. Imidlertid føler jeg mig sikker på, at vi kan få glæde af eksperimenter i Lund,” siger Dorthe Lybye. 

”Faktisk har vi tidligere fået udført eksperimenter ved en synkrotron i Australien. Desuden søgte vi på et tidspunkt om at få tid ved synkrotronen ESRF i Grenoble, men det lykkedes ikke for os.” ”I forhold til de projekter, vi hidtil har gennemført, vil MAX IV kunne give os store fordele i form af både højere opløsning og mulighed for at undersøge større prøver. I øvrigt vil jeg da ikke udelukke, at neutroneksperimenter kan komme på tale senere hen, selvom røntgenundersøgelser står højest på vores ønskeseddel.”

Relaterede Videoer  

Vis flere