Tinas oppfinnelse vil gi verden renere luft

KATALYSATOR: Forsker Tina Kristiansen (tv) og førsteamanuensis Karina Mathisen ved NTNU har med metaller og verdens letteste stoff utviklet en ny katalysator. Foto: Ole Magnus Rapp

KATALYSATOR: Forsker Tina Kristiansen (tv) og førsteamanuensis Karina Mathisen ved NTNU har med metaller og verdens letteste stoff utviklet en ny katalysator. Foto: Ole Magnus Rapp Foto:

Av
Artikkelen er over 4 år gammel

Doktor Tina (29) fra Sørreisa har oppfunnet et stoff som verdens bilindustri kommer til å kjempe om.

DEL

Hennes forskning på kombinasjonen av verdens letteste stoff, gull og kobber har ført til en ny type katalysatorer, som gir bilene renere utslipp og samtidig er billigere og bedre enn dagens katalysatorer.

Nylig tok Tina Kristiansen doktorgrad i kjemi ved Norges teknisk naturvitenskaplige universitet, NTNU, og hun arbeid nå videre med å utvikle sin oppfinnelse.

Nytt rensesystem

Kort fortalte har kjemikeren fra Sørreisa funnet en metode for å tilsette kobber eller gull til stoffet aerogels. Kombinasjonen gir et nytt rensesystem som verdens bilindustri vil komme til å trenge i årene som kommer, spesielt for dieselmotorer.

-Aerogels sammen med metaller som kobber har spennende egenskaper som vi er i ferd med å videreutvikle.

-Vanndamp er et problem for dagens katalysatorer. Vår forskning har kommet frem til et produkt der vanndamp faktisk er med på å gjøre prosessen bedre og mer effektiv, sier Kristiansen.

Hun har nå fått en fire års stipendiat-stilling, der hun arbeider videre med nye anvendelser for aerogels tilsatt kobber eller gull, eller en blanding av disse.

29-åringen er engasjert og entusiastisk. Hun demonstrerer avanserte prosesser i laboratoriet, og innrømmer gjerne at livet som kjemiker er spennende.

-Jeg valgte å studere kjemi siden jeg er mer enn middels nysgjerrig. Dette kombinert med flotte og inspirerende lærere i ungdomsskolen og i videregående bragte meg til NTNU og forskningsmiljøet her, sier hun.

Også familien støttet hennes interesse for realfag, og var bestemt på at hun måtte finne seg en jobb der «hun kunne bruke hodet».

- Noe slikt er ikke rapportert tidligere

Som veileder til doktorgraden har Tina hatt førsteamanuensis Karina Mathisen, også hun nordfra, fra Neiden i Sør-Varanger. Veilederen er imponert over den ny-kreerte doktorens innsats og ser frem til nye spennende resultat.

-Det Tina jobber med er en intelligent katalysator, som kan endre egenskaper etter behov. Noe slikt er ikke rapportert tidligere, sier Mathisen.

Verdens bilindustri venter spent. Mens dagens katalysatorer inneholder sjeldne edelmetaller og er sensitive for vanndamp, vil de nye katalysatorene utviklet ved NTNU bli billigere og være vannavstøtende. I dag er renseteknologien best for bensindrevne biler, der slikt ble innført på -80 tallet. Men dieselkjøretøy er en stor utfordring, spesielt personbiler.

Nå forskes det intenst på bedre og billigere løsninger som kan imøtekomme EUs nye krav til redusert utslipp. Allerede i år vil nye utslippskrav komme og bilindustrien leter etter gode rensemetoder. I dag går en stor del av norske kjøretøyer på diesel.

Tina Kristiansen har både funnet en metode for å feste kobber-ioner i aerogeler, og hun har funnet ut hvordan materialet kan skreddersys som bæremateriale for andre metaller i tillegg. Når metallene er bundet fast i gelen, får de helt spesielle egenskaper som de ellers ikke ville hatt. Aerogeler tilsatt kobber kan brukes som en kjemisk verktøykasse til å lage morgendagens avgass-rensere.

Bedre effekt

Mens dagens katalysatorer inneholder kostbare edle metaller som palladium og platina, har Trondheims-forskerne funnet metoder for å binde det billige og lett tilgjengelige grunnstoffet kobber til aerogels, som gir nye, spennende og bedre effekter.

Via kjemiske prosesser vil innholdet i katalysatoren omdanne de miljøskadelige gassene nitrogenoksid, NOX, til luft. Denne gassen utgjør en av de største truslene mot luftkvalitet spesielt i byene, og utslippene har økt sterkt de siste årene.

Aerogels er et stoff som på -30 tallet for første gang ble fremstilt i laboratorier. Det er lett, sterkt, vannavstøtende og kan tilpasses ønskede funksjoner.

Aerogelene lages fra såkalt «vannglass», et salt som består av silisium, oksygen og natrium løses i vann. Først fjernes natrium, så tilsettes en base, for eksempel ammoniakk. Basen gjør at nanopartikler dannes og lenker seg sammen og danner store porøse nettverk. En helt spesiell tørkeprosess må til for å få ut vannet i porene. En ferdig aerogels kan inneholde opptil 99 prosent luft.

Stoffet er blant verdens letteste materialer. Fem gram har mer overflate enn en fotballbane, og en bit aerogels på størrelse med en murstein veier litt over et gram.

Hittil er aerogels benyttet som isolasjonsmateriale i romdrakter, og på kjøretøyet som utforsker planeten mars. Stoffet egner seg til å isolere mot både varme og kulde. Men det er innen katalysator-teknologien forskerne i Trondheim mener den virkelige store fremtidige nytteverdien vil ligge.

Når nye egenskaper nå testes ut, er det viktig for forskerne at aerogels opprinnelige kvaliteter ikke forsvinner. At det er lett, sterkt, porøst og vannavstøtende, er svært sentralt for å skape en ny katalysator.

Stipendiat Tina Kristiansen og førsteamanuensis Karina Mathisen var nylig i Grenoble, der de benyttet et av verdens mest avanserte forsknings-verktøy til sin forskning, nemlig en synkrotron.

-I en enorm partikkel-akselerator som genererer intense røntgenstråler kan vi følge med hvordan reaksjonene endrer seg. Kobber endrer egenskaper i en stresstest, og dermed dukker det opp nye anvendelses-områder, sier Tina Kristiansen.

Forskerne vet at blant annet bilindustrien følger med hva som skjer inne nyutvikling av katalysatorer. De er snart klare for å tilby et produkt de vet vil bli etterspurt.

Også ved Transportøkonomisk institutt, TØI, har man store forventninger til en ny generasjon rense-katalysatorer.

-Mye av dagens teknologi holder ikke hva de lover. Ofte viser de seg at det som fungerer i laboratorier, ikke har samme gode effekt ute i trafikken, sier forsker Rolf Hagman som jobber med å redusere utslipp.

Hagman har stor tro på katalysator-forskningen som pågår ved NTNU, og har holdt seg orientert underveis.

-Vi venter spent på å få teste ut deres nyvinning. Personbiler med dieselmotorer trenger nye rensesystemer, sier han.

Fakta

  • Aerogels ble funnet opp av den amerikanske kjemikeren Samuel Stephens Kistler i 1931. Det konstruerte materialet kalles ofte frossen røyk eller blå røyk. Aerogels er verdens letteste stoff, det er samtidig ekstremt sterkt, og kan bære 2000 ganger sin egen vekt uten å kollapse.
  • Aerogels er oppført 15 ganger i Guinness rekordbok for materialegenskaper, blant annet som beste isolator og det faststoff som har minst tetthet.

Kilde: Wikipedia

Fakta, Katalysator

  • Katalysator er et stoff som øker farten på en kjemisk reaksjon uten å forbrukes. Farten øker fordi katalysatoren reduserer reaksjonens aktiveringsenergi.
  • Katalysatorer kan være faste, flytende eller gassformige. I industrien anvendes for det meste faste katalysatorer. Mange katalysatorer er spesifikke og virker bare på bestemte stoffer eller bestemte reaksjoner.

Kilde: Store norske leksikon

Artikkeltags