– Det nytter ikke bare å lese forskningsartikler. Du må få skitt på fingrene. Bare slik kan du avsløre tricksene som kanskje gir pene resultater i laben, men som industrien likevel ikke kan bruke, sier Martin Kirkengen.

Skitten han snakker om, er en blanding av karbon og silisium. Silisium er stoffet som kan gi ekstra mil til elbilen og ekstra timer til mobilen.

Framtidas batterier

Blandingen strykes ut på plater, tørkes og skjæres i rundinger. I et lufttett kammer på Institutt for energiteknikk (IFE) legger Hanne Andersen skivene med silisium og karbon inn i et metallhylster. Skivene er den negative elektroden til batteriet.

Inne i kammeret ligger hundrevis av tomme hylstere, klare til å fylles med komponenter som til sammen utgjør et litium-ionebatteri.

Tusenvis av forsøksbatterier har funnet veien ut av dette kammeret og ned til testrommet i etasjen under.

– Vi prøver å variere bare en egenskap om gangen for å skjønne hva som er det beste silisiumet til framtidas batterier, sier Kirkengen. Han er avdelingssjef for Batteriteknologisenteret på IFE der Andersen også arbeider.

Billig og brannsikkert

Hva er det med silisium som gjør at det egner seg så bra for batterier? Flere egenskaper, viser det seg.

Først av alt – silisium er billig. Alle jordas bergarter inneholder store mengder silisium. Silisium er talløst som sanden ved havets strand, som Bibelen sier. Sand består nettopp av store mengder silisium.

For det andre: Silisiumbatterier vil være mer brannsikre enn dagens litium-ionebatterier. Der lages den negative elektroden av grafitt. Grafitt brenner lettere enn silisium.

Binder mer litium

For det tredje, og kanskje viktigst: Silisium lagrer opptil en fjerdedel mer strøm i batteriet enn grafitt. Hvordan?

– Når litium-ionebatteriet lades opp, vandrer litium fra den positive elektroden og binder seg til grafitten, forklarer Andersen.

– I dagens batterier trengs det seks grafittatomer for å binde bare ett eneste litiumatom. Hvis grafitt erstattes med silisium, kan hvert enkelt silisiumatom binde hele fire litiumatomer, fortsetter hun.

Eser opp og sprekker

Men – ingen fordeler uten ulemper. Silisium har en stygg uvane når det binder litium: Det eser opp og blir porøst.

Biter av silisium kan løsne og miste elektrisk kontakt med den negative elektroden. Da gjør de ingen nytte i batteriet.

Det porøse silisiumet kan også forsterke uønskede kjemiske reaksjoner i batteriet. Disse reaksjonene kan forkorte levetida for batteriet.

Silisiumpulver

– Vi prøver å løse dette problemet ved å bruke riktig type bindemiddel for å holde det fine pulveret av karbon og silisium sammen, sier Andersen.

Selve pulverformen er også en fordel. Den gjør det lettere å kontrollere oppsprekkingen. Silisiumpulveret lages blant annet i en spesiell reaktor som utvikles videre her på IFE.

Her blåses en silisiumholdig gass, silan, inn i en varm reaktor. Et fint dryss av silisiumpartikler følger gasstrømmen ut av reaktoren igjen.

Norsk silisium kan konkurrere

Slike prosjekter viser hvor IFE setter inn støtet: Ikke mot utvikling av ferdige batterier, men blant annet mot framstilling av silisium til batterier.

– Norge har ingen store batteriprodusenter. Norge har gode silisiumprodusenter som ønsker å levere til batteriprodusentene eller til deres underleverandører, sier Kirkengen.

De trenger å vite hva slags silisium som egner seg i neste generasjon litium-ionebatterier. Og de norske produsentene er konkurransedyktige, mener Kirkengen.

– Det er mange rundt om i verden som vil lage silisiumbatterier, men det spørs om de kan like mye om silisiumproduksjon som våre norske samarbeidspartnere, sier han.

For noen uker siden ble lille Zain Rajani født i Canada. Etter fire års forsøk, var det moren Natasha sine stamceller som utgjorde forskjellen, forteller Time Magazine.

Stamcellene var umodne egg hentet fra eggstokkene til Natasha. De kanadiske legene som utførte den nye prøverørsmetoden, var ute etter de såkalte mitokondriene – cellenes kraftverk – som finnes inni alle celler i kroppen.

Disse små kraftverkene ble sprøytet inn i Natashas modne egg, sammen med én sædcelle fra mannen hennes. Og etter ni måneders venting ble Zain født som verdens første baby med mitokondrier fra mors eggstamceller.

Selv om denne metoden hverken er tillatt i Norge eller USA, føyer den seg inn i en rekke med mer eller mindre eksperimentelle metoder for prøverørsbefruktning hvor mitokondriene er nøkkelen.

Mener gamle egg kan bli unge igjen

Når kvinner blir eldre, blir kvaliteten på eggcellene dårligere, og mange får vanskeligheter med å bli gravide. Mitokondriene, som finnes i tusentall i eggcellene, er ansvarlige for å omdanne næring fra maten vi spiser til energi cellene kan bruke.

En av grunnleggerne av selskapet OvaScience, som har utviklet stamcelle-teknikken, mener at nettopp disse små kraftverkene kan være løsningen for kvinner som har for «slitne» egg til å bli gravide med vanlig prøverørsbefruktning.

– Mitokondrier fra umodne egg revitaliserer egget slik at det får høy kvalitet igjen, sier Jonathan Tilly til Time.

Men en del fertilitetseksperter er skeptiske.

Ritsa Storeng, som er seniorforsker i reproduksjonsmedisin ved Nasjonal kompetansetjeneste for Kvinnehelse, synes det er interessant at Zain ble født ved hjelp av denne teknikken, men er ikke overbevist om at å bruke mitokondrier fra umodne egg er en vidunderkur mot infertilitet.

– Kanskje det hjelper, men det er bare ett barn som er født, sier Storeng.

Dette kjennetegner noe av utfordringen med nye prøverørsteknikker. Det er ofte for få tilfeller til å kunne konkludere om teknikkene er trygge, og historisk sett er kontrollerte kliniske studier en mangelvare. Mange land, inkludert Norge, er derfor varsomme med å godkjenne nye prøverørsmetoder, i tilfelle de kan gi negative konsekvenser for barna.

Tre-persons-babyer bryter med morslinjen

En mer kontroversiell teknikk som involverer mitokondrier, ble nylig tillatt i Storbritannia. De er så langt det eneste landet som har åpnet opp for såkalte tre-persons-babyer.

Merkelappen er riktignok noe misvisende, i og med at den tredje forelderen kun bidrar med 0,001 prosent av arvematerialet – via mitokondriene sine.

Likevel er disse 37 genene i mitokondriene viktige for helsen til barnet. Kvinner som bærer på feil i disse genene, kan få barn med alvorlige sykdommer, som ofte er knyttet til organer som bruker mye energi, som hjerne, hjerte, lever og muskler.

Det er disse kvinnene som nå har fått mulighet til å motta mitokondrie-donasjon fra en tredje person i Storbritannia.

Dette er kontroversielt av flere grunner, blant annet fordi innføring av mitokondrier fra en tredje person bryter med den genetiske slektslinjen. Mitokondriene blir nedarvet fra mor til barn, og siden de har sitt eget DNA, er de ideelle for å lage stamtrær som følger morslinjen tilbake i tid.

Faktisk mener forskere at disse små kraftverkene en gang har vært bakterier, som har blitt innlemmet i cellene vi stammer fra, for over 1,5 milliarder år siden.

Har genmanipulert mitokondrier

En alternativ tankegang er å fjerne de sykdomsfremkallende genene fra eggene til kvinnen. I en ny studie publisert i tidsskriftet Cell, har forskere for første gang klart å klippe bort genfeil i mitokondriene til egg fra mus. Disse genmanipulerte eggene ga friske avkom.

Forfatterne bak studien skriver at denne metoden kan bli et godt alternativ til tre-persons-babyer i fremtiden, fordi man unngår å involvere en tredje person sitt DNA.

Storeng mener derimot at det er lang vei å gå fra et vellykket dyreforsøk til at genmanipulering av mitokondrier funker og er trygt for mennesker.

– Rent teknisk kan det være et alternativ til tre-persons-babyer, men i praksis er det ikke lett, forteller Storeng. Hun presiserer også at man ikke kan vite hvordan det å klippe ut en genfeil fra mitokondriene påvirker de friske genene rundt.

Denne studien føyer seg inn i en betent debatt, hvor mange forskere har tatt til orde for et selvpålagt forbud mot å genmanipulere kjønnsceller og embryoer.

Klinikker i Canada og Dubai

Mens debatten om genmanipulering fortsetter, og verden fortsatt venter på den første tre-persons-babyen, kommer snart en rekke fødsler fra kvinner som har gått gjennom samme stamcelle-prosedyre som Natasha i Canada. Disse kvinnene er ikke bærere av mitokondrie-sykdommer. De er kvinner som har kjempet for å få barn og ikke har lykkes med vanlig prøverørsbefruktning.

Men behandlingen er ikke gratis. Så langt er det kun noen få private klinikker i Canada, England, Tyrkia og Dubai som tilbyr denne behandlingen, som kalles «Augment». Prisen varierer fra klinikk til klinikk, men i Canada koster stamcelle-metoden rundt 25 000 amerikanske dollar i tillegg til de vanlige kostnadene for å gjennomføre prøverørsbefruktning.

Uten kontrollerte studier er det vanskelig å vite om metoden virkelig fungerer, og om den er trygg for barna som blir født. Men uansett om eggene virkelig blir «unge igjen» med denne metoden eller ei, er lille Zain født med mitokondrier fra moren sine stamceller, og flere babyer vil snart følge i hans fotspor.

I 2015 står byggesektoren for 40 prosent av energibruken og klimagassutslippene i verden. Det er et underkommunisert faktum i en verden der trafikk og eksos får mer oppmerksomhet.

Men i årene framover vil vi få oppleve byggematerialer og høyteknologiske løsninger i bygningskroppen som skal bøte på problemet. De vil være intelligente og multifunksjonelle. De skal bruke mindre energi og ha lavere utslipp av skadelige klimagasser.

Med dette som mål, tester forskere ved Sintef ut ørsmå nanokuler som isolasjonsmateriale, setter elektrisk spenning på vindusglass og fasader for å spare energi, og utvikler solceller som ikke is og snø skal feste seg på.

Med nano i veggen

Sintef-forsker Bente Gilbu Tilset forsøker sammen med kollegene sine å lage superisolasjon ved hjelp av bitte små nanokuler.

– Målet er å lage et materiale med lav varmeledningsevne. Når gassmolekyler treffer hverandre, overføres det energi dem imellom, sier hun.

Hvis porene i et materiale er små nok, for eksempel under 100 nanometer, vil molekylene oftere treffe veggen i en pore enn et annet gassmolekyl.

– Dermed vil ledningsevnen i gassen gå ned. Jo mindre porer, dess lavere ledningsevne i gassen.

Mens vanlige varmeisolasjonsmaterialer som for eksempel mineralull, har en ledningsevne på 35 milliwatt per meter, kan nanokuler ha en ledningsevne helt ned til cirka 20. Dette er lavere enn ledningsevnen for luft. Foreløpig lages kulene bare i pulverform, men drømmen er å sette dem sammen som fleksible matter.

Nanoisolasjonsmaterialer som dette kan dermed redusere isolasjonstykkelsen betydelig. Mattene vil sannsynligvis bli dyrere enn vanlige Glava-matter, men vil være gunstige der man må spare plass – som i verneverdige bygg der muligheten for fasadeendringer er begrenset.

– De kan også passe godt som isolasjonsmatter i oljerør og i industritanker, sier Tilset.

Bygningsintegrerte solceller

I årene framover vil solceller ikke lenger befinne seg i paneler på vegg eller tak. De vil bli integrert i takplater og fasadematerialer. Det vil spare folk for byggematerialer og arbeidskostnader, og merkes positivt på strømregninga.

Til tross for mørketid og kuldegrader om vinteren har Norge like mye lys som Tyskland og England. I tillegg gjør det kalde klimaet god nytte fordi solceller blir mer effektive når det er kaldt.

– Vi regner med at dette blir en del av den norske byggetradisjonen, sier fysiker Tore Kolås ved Sintef. 

Han deltar i et prosjekt som undersøker hvordan vi kan bruke solcellene som en del av byggematerialet i hus – og tilpasse dette til norske lys- og klimaforhold.

En av utfordringene blir for eksempel å utvikle en solcelle der is og snø ikke fester seg. Solcellene må også bli robuste, slik at de tåler tøffe vær- og vindforhold – og har lang nok levetid som strømprodusent.

– Men vi skal også utvikle selve materialene, så de blir optimale for lysforholdene vi har i Norge, med lave solhøyder og mye diffust himmellys, utdyper Kolås.

Målet er kort og godt å lage så gode løsninger at det blir naturlig for byggherrer å vurdere denne typen materialer når de prosjekterer et bygg.

Vindusglass og fasader som gir og tar

I dag tilbringer vi 90 prosent av tiden innendørs, hele tre ganger mer enn på 1950-tallet. Samtidig blir det stadig mindre dagslys i bygg som følge av energihensyn og byggetekniske krav. Forskning viser at dagslys er svært viktig for helse, trivsel og biologisk rytme, samt at det fremmer produktivitet og læring. Så kan man greie begge deler? Både skaffe lys- og spare energi?

Termokrome, fotokrome, eller elektrokrome vinduer kan hjelpe til med å styre solinnstrålingen etter behovet vårt for daglys og solvarme.

Og med tanke på å innskrenke energibruken, kan det også være nyttig med materialer som kan ta opp og avgi energi.

Med slike materialer kan man for eksempel stille romtemperaturen på 22 grader – og materialene vil avgi varme hvis temperaturen går under dette – eller ta opp varme hvis temperaturen går over.

– En annen mulighet er elektrokrome belegg, sier forsker Bjørn Petter Jelle.

– Dette er en kontrollerbar teknologi gjennom at man setter på en elektrisk spenning. Som bruker i et bygg kan du da bestemme nivået på solinnstrålingen – i motsetning til adaptive teknologier der dette vil tilpasse seg miljøet og temperaturen.

– For termokrome vinduer skifter fargen etter temperatur, mens fotokrome vinduer skifter farge etter solstrålingsintensitet. Ved adaptive teknologier kan du ikke selv bestemme hvor mye som skal skiftes; det bestemmes av temperatur og sollys.

Jelle forteller at det allerede finnes kommersielle elektrokrome vinduer.

– Disse kalles ofte for smarte vinduer. Andre materialer som benyttes i vindu for å utnytte egenskaper utenom de mer tradisjonelle, er for eksempel aerogel, sier han.

Selvreparerende betong

Årlig går det med mellom 40 og 120 millioner euro til å vedlikeholde bruer, tuneller og bygningsvegger i Europa. Den tidkrevende og kostbare aktiviteten må reduseres, og prosjektet Capdesign vil bidra.

Målet er at betongen skal bli «friskmeldt» gjennom selvreparerende materialer og unngå sprekkdannelse når belastninger setter inn. Små kapsler skal blandes inn i den fuktige betongen før den stivner og forbli i betongen fram til at belastninger truer med sprekker. Da vil kapslene briste og det selvreparerende materiale flyte ut og reparere veggen.

På Sintef jobber forskere med materialet i skallet på kapslene. Skallet må både kunne beskytte det selvreparerende middelet inne i kapslene i lengre tid. Det må kunne gå i stykker ved de riktige betingelsene – enten det er temperatur, pH eller belastning som slag og rystelser, og frigjøre middelet når det oppstår sprekkdannelse.

I tillegg bør kapselskallene heller ikke påvirke smidigheten og de mekaniske egenskapene i den ferske betongen.

 – Vi har utført en rekke belastningstester for å teste både statisk styrke og slagstyrke, forteller Huaitian Bu. – Og vi har nå utviklet en teknologi der vi kan lage hybride nanopartikler som vil forbedre egenskapene til skallet.

I disse dager forberedes en større EU-søknad der perspektivet nettopp er å utvikle betong som har spesielt fokus på energi, lengre levetid og robusthet. Betongen er tenkt i bærende konstruksjoner i ugjestmilde strøk der temperaturene enten er lave eller høye, og det er nanomaterialer som skal sørge for den spesielle kvaliteten.

Når passivhus blir standard i Norge, vil det bli dyrere å bygge bolig – uansett materialvalg. Enkelte tror derfor at det kommer til å bli bygget mange flere privathus i betong om ti år siden betongen har termiske egenskaper som gjør den energieffektiv.

Bakgrunn:

Arbeidet med framtidens byggematerialer skjer i et samarbeid mellom Sintef Materialer og kjemi, Sintef Byggforsk og NTNU, gjennom forskningssenteret Zero Emission Buildings (ZEB). Her deltar også en rekke andre partnere.

Melkeproduksjonen i Norge endres mot større besetninger og mer bruk av automatiske melkingssystemer. Norge er i dag det landet i Norden der størst andel av gårdene har melkeroboter.

Hver tredje melkeliter går via melkerobot, og forskerne spår at halvparten av norske kuer melkes med robot om fire–fem år.

– En vellykket tilpasning til den nye teknologien er av stor betydning for driftsresultatene, sier professor Olav Reksen ved Norges miljø- og biovitenskapelige universitet (NMBU).

Dette innebærer også at denne nye teknologien endrer på bondens hverdag, arbeidsmåter og krav til kompetanse. Både teknologien og bonden må tilpasses.

– Andre land ser til Norge når de søker kunnskap om den beste husdyrproduksjonen. Vårt mål er å fortsette å holde oss et hestehode foran, sier Reksen.

Best mulig

Derfor går forskningsmiljøer og næringen nå i gang et nytt prosjekt som skal finne fram til best mulig bruk av automatiske melkingssystemer.

I prosjektet samarbeider forskere fra samfunnsfagene, husdyr- og veterinærvitenskap, matematikk, fysikk og kjemi for å optimalisere produksjon, velferd og helse hos kyr i automatiske melkingssystemer.

– Med økende besetningsstørrelse følger økte kostnader og en forventning om høyere ytelse fra kyrne. I større besetninger kan det fort bli mindre tid til stell av enkeltdyr, sier Reksen.

– Det viser at det er nødvendig å gå mot mer profesjonell besetningsstyring, nye systemer for automatisk overvåking av dyras helse, nye fôringsstrategier og revisjon av egenskaper for avl.

Alt registreres

Forskerne skal samle informasjon om hvordan kua beveger seg, hvor ofte den lar seg melke, hvor mye kraftfôr den spiser i døgnet, hvor mange hvite blodlegemer det er i melka per dag, hvor mye de tygger og raper.

– Her går ingen data til spille, sier Reksen.

I tillegg vil de samle inn data om kuas helse. Det gjør de blant annet ved å måle fettsyresammensetning i melken, som gir indikasjoner på om kua får riktig fôr og om den har god helse. Analysemetoden viser også et mønster for bakterieinfeksjon i jur, slik at de på et tidlig tidspunkt kan se om kua står i fare for å få helseproblemer.

– I Norge har vi en lang tradisjon med å registrere data til avls- og forskningsformål i husdyrkontrollen, sier Reksen.

Informasjonen fra husdyrkontrollen skal kombineres med data fra de automatiske melkingssystemene og fra sensorer.

Enorme mengder data vil bli registrert, og det vil bli utviklet nye matematiske modeller som samler alle data om hver eneste norske ku.

– Datamaterialet vil gjøre Norge i stand til å avle frem dyr med god helse, godt lynne og som produserer melk «i bøtter og spann». Prosjektet skal bidra til at disse dataene kommer bonden og drifta på gården til nytte, sier Reksen.

Metan er en svært effektiv drivhusgass som vanligvis blir produsert ved at organisk materiale, i form av døde planter og dyr, brytes ned. Den er med på å fange solvarme i atmosfæren og bidrar 22 ganger mer til tildrivhuseffekten enn karbondioksid, en annen og mer velkjent drivhusgass. 

Men det er en annen type metan som kan dukke opp under spesielle omstendigheter: Abiotisk metan dannes ved kjemiske reaksjoner i havbunnsskorpen. En kjemisk reaksjon er når to stoffer reagerer med hverandre og danner et helt nytt stoff.

Nye funn viser at gasshydrater, en frossen substans i havbunnen som inneholder store mengder metan, kan være et reservoar for abiotisk metan. Et slikt reservoar ble nylig oppdaget på Knipovichryggen, som er en undersjøisk fjellkjede i Framstredet. Fjellkjeden blir omtalt av forskere som en ultrasakte spredningsrygg fordi den vokser under tolv millimeter per år.

Reservoaret som ble funnet på Knipovichryggen tyder på at abiotisk metan kan være en viktig bidragsyter til dannelsen av store mengder av hydrater i Polhavet.

Studien ble nylig publisert i tidsskriftet Geology.

• Les også: Millioner av år med metanlekkasjer i Arktis

Ubeskrevet fenomen

— Geofysiske data fra flanken av denne spredningsryggen viser at det arktiske miljøet er ideelt for denne type metanproduksjon, sier Joel Johnson førsteamanuensis ved University of New Hampshire (USA) og hovedforfatter av studien.

Det er nytt for forskerne at hydrater blir dannet på denne måten; de fleste av de kjente metanhydrater i verden består av metan fra nedbrytning av organisk materiale.

Det er anslått at opptil 15 000 gigatonn av karbon er lagret i form av hydrater i havbunnen. Ett gigatonn er en milliard tonn karbon.

Men dette anslaget tar ikke høyde for abiotisk metan.

— Så det er sannsynligvis mye mer metan lagret på denne måten enn vi trodde, sier forsker ved Senter for arktisk gasshydrat, miljø og klima ved UiT, Jürgen Mienert.

• Les også: Havbunnen full av vulkaner

Liv på Mars?

Nylig ble spor at metan oppdaget på Mars, noe som førte til spekulasjoner om at det en gang var liv på vår naboplanet. Men det er mulig at metangassen på Mars er abiotisk, altså en en ikke-levende del av økosystemet.

På Jorden oppstår abiotisk metan gjennom en prosess som kalles serpentinisering.

— Serpentirisering oppstår når kaldt sjøvann reagerer med de varme mantelsteinene som kommer opp langs store forkastninger i havbunnen. Dette skjer kun i havskorpen langs ultrasakte spredningsrygger. Den optimale temperaturen for serpentinisering av havskorpen er 200 til 350 grader , sier Johnson.

Metan som er produsert på denne måten kan unnslippe skorpen gjennom sprekker og forkastninger, og ende opp i havet. Men på Knipovichryggen blir den fanget opp som gasshydrat i sedimentene.

Hvordan er det mulig at relativt varm gass blir til denne frosne substansen?

— I andre lignende settinger slipper metanen ut i havet, hvor den kan påvirke havets kjemi. Men hvis trykket er høyt nok, og temperaturen er lav nok, blir gassen innesperret i et hydratstruktur under havbunnen. Dette er tilfelle i Knipovichryggen, hvor sedimenter setter lokk på havskorpen på 2000 meters dyp, sier Johnson.

• Les også: Metan funnet på Mars

Stabilt for to millioner år

Fordi denne havryggen sprer seg så sakte, har den blitt dekket av sedimenter som er avsatt av raske havstrømmer i Framstredet. Sedimentene har lagt lokk på hydratene i to millioner år og stabilisert dem.

Knipovichryggen er en relativt ung havrygg, som ligger nært kontinentalmarginen. Det er den delen av havbunnen som ligger mellom landområdene og dyphavet.

Ryggen er dekket av sedimenter som ble avsatt over et, geologisk sett, kort tidsperiode i løpet av de siste to til tre millioner år. Disse sedimentene holder metangassen fanget i havbunnen, sier Stefan Bünz fra Senter for arktisk gasshydrat, miljø og klima ved UiT.

Bünz sier at det er mange steder i Polhavet som ligner på Knipovichryggen. Dette tyder på at lignende gasshydratssystemer også kan eksistere i store havområder.

• Les også: Forskere oppdager tusenvis av fjell på havbunnen

Ønsker å bore

Forskerne identifiserte reservoaret i Framstredet ved hjelp av høyoppløst 3D seismikk ombord forskningsskipet Helmer Hanssen. De ønsker nå å ta prøver av hydratene, ved å bore i sedimentene 140 meter under havets bunn.

Knipovichryggen er det mest lovende stedet på planeten der de kan ta slike prøver, og en av to steder der det er mulig.

— Vi tror at prosessene som skapte denne abiotiske metangassen har vært svært aktive tidligere. Det er imidlertid ikke et veldig aktivt sted for metanutslipp i dag. Men tilgangen på hydrater i sedimentene kan gjøre det mulig for oss å analysere gasssammensetningen. Slik kan vi ta en nærmere titt på hvordan den abiotiske metanen ble dannet, sier Jürgen Mienert.

Referanse:

Joel E. Johnson et al: Abiotic methane from ultraslow-spreading ridges can charge Arctic gas hydrates. Geology. Mars 2015.  doi:10.1130/G36440.1

Etter den store utbyggingsbølgen av vannkraftverk i Norge på 60- og 70-tallet, ble det nærmest stillstand i utviklingen av nye verk. Vi hadde bygd ut det vi selv hadde bruk for.

Hele 98 prosent av energien som vi bruker i Norge i dag, kommer fra norsk vannkraft.

Men vi har kapasitet til å produsere mye mer energi fra vannkraft. Da må vi først løse utfordringer knyttet til å øke kapasiteten og fleksibiliteten på eksisterende verk, ifølge forskere ved NTNU.

En av de største utfordringene for dagens vannkraftverk er hvordan produsentene kan kontrollere vannmengden. Eller nærmere bestemt hvordan de fort kan bremse vannet eller få opp farten på vannet for å produsere riktig mengde strøm. 

• Les også: Vannkraften gjør Norge helgrønt

Mål å holde frekvensen stabil

I det europeiske strømnettet beveger elektronene seg fram og tilbake. Det gjør de 50 ganger i sekundet. Det betyr at europeiske land har 50 Hertz som frekvens i sine strømnett. 

– Elektriske apparater og installasjoner er lagd for denne frekvensen, derfor er det viktig at frekvensen holder seg stabil på 50 Hertz, sier Kaspar Vereide, stipendiat ved NTNU.

– Blir frekvensen i det norske strømnettet høyere eller lavere, kan man ødelegge all elektronikk i landet. Det hadde ikke vært så bra.

Det er vannkraftverkene som styrer frekvensen, ettersom den er et resultat av hvor mye kraft som blir produsert og hvor mye kraft som blir brukt til enhver tid.

– Hvis et aluminiumsverk i Norge plutselig må stoppe, for eksempel fordi et tre faller ned på kraftledningene utenfor, har du umiddelbart alt for mye produksjon av strøm i forhold til det som brukes. Og da øker frekvensen. Utfordringen blir da å få ned produksjonen raskt nok, sier Vereide.

Eller i motsatt tilfelle: Få opp produksjonen raskt nok når forbruket øker.

• Les også: Vannkraft åpner for vindkraft

En maurtue av vanntunneler

Problemet med dette er vannets treghet, ettersom det tar tid å få fart på vannet eller å bremse det. Tar det lang tid å bremse vannet, så tar det lang tid å redusere strømproduksjonen. 

I Norge er de fleste store kraftverk bygget med veldig lange vanntuneller for å transportere vannet fra vannmagasinet til vannkraftverket.  

– Norske fjell er fulle av kraftverkstunneler. Det er som en maurtue. Vi har langt flere mil med vanntunneler enn vi har veitunneler her i landet, sier Vereide. 

Løsningen ligger i svingekammeret

– Jo raskere vi kan akselerere vannet, jo fortere kan vi endre den produserte strømmengden, sier Vereide. 

Hvis vannet kan mellomlagres i reservoaret nærme kraftstasjonen, reduseres lengden på vannstrengen som skal akselereres. Og for å skaffe en slik mellomlagring, bygger forskerne det som kalles svingekammer. Det kan de gjøre ved å sprenge ut en fjellhall inne i vanntunnelen – i nærheten av turbinen hvor strømmen produseres. 

Fjellhallene eller svingekamrene fungerer dermed som en mellomlagring for vannet og gjør at avstanden mellom vannreservoarene minker, noe som gjør det raskere å øke eller redusere vannstrømmingen gjennom turbinen. 

– Svingekamrene utgjør altså en løsning – men de skaper også et problem. Dette problemet kalles massesvingninger, sier Vereide.

• Les også: Vanntunneler får kjørt seg

Fare for utblåsninger

Hvis kraftverket kjøres på full guffe og plutselig stopper opp, vil vannstanden i svingekammeret øke. I verste fall vil vannet kunne flomme ukontrollert ut i toppen av kammeret, hvor man normalt har en ventilasjonstunnel. 

Og når kraftverket starter opp, eller skrur opp hastigheten på vanngjennomstrømningen, skjer det motsatte: Vannstanden suges ned. Da kan det i verste fall suges luft inn i vanntunnelen, noe som kan skape ukontrollerte utblåsninger av luft fra kraftverket.   

– Så disse massesvingningene som oppstår, må man ha kontroll på. Blant annet er det viktig å finne ut hvor store svingekamrene må være for å fungere best mulig. Min oppgave er å finne ut hvordan svingkamrene kan bygges på en mest mulig optimal måte, sier Vereide. 

Europas grønne batteri 

– Dette er veldig relevant akkurat nå. Tradisjonelt har kraftverkene blitt kjørt veldig jevnt og rolig, med få start og stopp som skaper disse svingningene. Men hvis Norge i fremtiden skal bli Europas grønne batteri, må det til store utvidelser av eksisterende vannkraftverk. Kraftverkene vil også startes og stoppes mye oftere, og da vil problemet med massesvingninger økes betraktelig, sier Vereide og utdyper: 

– Vi vil tjene mye på å utvikle ny teknologi, både for å kunne holde stabil frekvens og for å kunne kjøre kraftverkene mer aggressivt for å serve et stort marked. Det er et stort rom og muligheter for videreutvikling, sier han.

––––––––-

Les hele saken på gemini.no

De fleste av oss forbinder radarteknologi med utstyr for å lokalisere skip eller overvåke flytrafikk. Teknologibedriften Novelda har vendt oppmerksomheten i en helt annen retning. De har utviklet en trygghetsalarm med små sensorer som baserer seg på nettopp radarteknologi.

– Utgangspunktet for prosjektet er eldrebølgen. Det blir flere eldre i dette landet, og vi lever lenger. Derfor er det behov for utvikling av ny teknologi som bidrar til at eldre med behov for bistand kan fortsette å bo hjemme så lenge som mulig og samtidig føle seg trygge på at de får hjelp når de trenger det, sier Dag T. Wisland.

Han er teknologidirektør i Novelda, som blant annet har utviklet ny overvåkingsteknologi til bruk i hjemmetjenesten. Hovedbyggeklossene i utstyret er små radarbrikker som monteres i boligen. Prosjektet er støttet av to regionale forskningsfond.

– Systemet er svært brukervennlig siden trygghetsradaren blir en del av omgivelsene og krever minimalt av brukeren. Sensorene skal hverken bæres på kroppen, aktiveres eller lades. Og sammenlignet med kameraovervåking vil en radarbasert løsning oppleves som mye mindre invaderende i privatlivet, sier Wisland.

Måler pust og puls

Sensorene registrerer bevegelser i boligen og gir – uten noen form for fysisk kontakt – og gir presis informasjon om posisjon og bevegelsesmønster. Dataene sendes til en analyseenhet, og dersom en person for eksempel blir liggende urørlig på kjøkkengulvet, blir det slått alarm.

Tester har dokumentert at sensorene er så følsomme at de kan måle pustebevegelsene til en person som sitter eller ligger i ro.

– Dette gjør utstyret svært godt egnet til å måle pust, puls og urolige bevegelser under søvn. Alt dette kan si noe om helsetilstanden til folk, forteller Stig Støa, prosjektleder hos Novelda.

Lærer seg mønstre

I tillegg til selve sensorene har forskerne utviklet det vi kan kalle et «intelligent selvlærende system», en programvare som analyserer store mengder informasjon fra radarbrikkene og lærer seg å identifisere avvik fra brukernes naturlige hverdagsmønster.

– Systemet vil kunne se om søvnen er dårligere enn før, om du sitter mer i ro enn det som har vært vanlig, om pusten er dårligere og å gi en rekke andre indikasjoner på at helsetilstanden er i endring. Og jo lenger dette selvlærende systemet får virke, jo mer presist og flinkere til å fange opp avvik blir det, forklarer Støa.

Novelda jobber nå videre med å finne samarbeidspartnere i helsesektoren som kan bidra til at trygghetsradaren blir testet ut i stor skala.

Skal se gjennom hud og vev

Mange unge teknologibedrifter sliter med å ta skrittet fra forskning og utvikling til kommersialisering av produktene de lager. Ofte står man der med en prototype og tom kasse og mangler ressurser til den oppgaven som kanskje er mest krevende av dem alle – å komme ut i markedet.

– Vi har vært svært bevisste på problemstillingen og har ansatt egne folk som har jobbet med kommersialisering og markedsføring parallelt med produktutviklingen, sier Dag T. Wisland.

Basert på utviklingsarbeidet bak trygghetsradaren har Novelda allerede lansert en søvnsensor i det internasjonale markedet.

– Vi er også i ferd med å utvikle mer avansert radarteknologi. Vi har dokumentert at vi er gode på å måle bevegelser nær menneskekroppen. Neste skritt er å utvikle sensorer som kan se inn i kroppen – gjennom hud og vev. Vi har fått støtte fra Forskningsrådet til å videreutvikle denne teknologien, som blant annet vil være godt egnet til å studere mekaniske bevegelser i hjertet, sier Wisland.

Oslo kommune har litt av hvert å holde styr på når det gjelder vanntilførsel og kloakk: 1550 kilometer vannledninger, 2250 kilometer kloakkrør og mer enn 100 pumpestasjoner.

Deler av denne infrastrukturen må selvsagt utbedres fra tid til annen for å unngå brudd og lekkasjer. Men hvordan kan man egentlig vite når et kloakkrør på Slemdal er modent for rehabilitering?

For Oslo kommune har avanserte statistiske modeller blitt en del av løsningen.

• Les også: Gi plass til vannet i byene

Rørdata i mengder

Før Vann- og avløpsetaten gjør utbedringer på en avløpsledning, filmer de innvendig for å få oversikt over hvordan det står til med rørene.

– Etter hvert har vi filmet ganske mange kilometer rør, og vi spurte oss selv om ikke dette var informasjon vi kunne bruke til å forutsi behovet for utbedring også i deler av nettet som vi ikke har filmet, forteller Arnhild Krogh, seksjonsleder for Vann- og avløpsetaten (VAV) i hovedstaden. 

Kommunen sitter nemlig også på en stor ledningsdatabase med oversikt over lengden på rørene, når de ble lagt, hvilke dimensjoner de har og hvilket materiale de er laget av. 

– Dermed oppsto ideen om å koble det vi visste fra deler av nettet med den store databasen. Tanken var at vi kunne overføre informasjon om tilstanden i bestemte deler av ledningsnettet til andre deler av nettet der rørene var omtrent like gamle, hadde samme dimensjon og var laget av samme materiale, forklarer Krogh.

Viktig kvalitetssikring

I samarbeid med Sintef og med støtte fra Regionale forskningsfond ble det først gjennomført et prosjekt for å se om dataene kommunen satt på virkelig kunne brukes til å lage en modell for å forutsi behovet for utbedring for hele avløpsnettet.

– Tidligere hadde etaten bare tegninger av ledningsnettet på papir, og da denne informasjonen ble digitalisert på slutten av 1980-tallet, ble det ikke lagt inn hvilket materiale rørene var laget av, sier Krogh.

Avdekket behov for oftere utbedring

Da datagrunnlaget var stort nok, utviklet forskere en avansert statistisk modell.

Basert på analyse av enorme mengder data om ledningsnettet, anslår modellen hvor store utskiftinger som bør gjøres, hvor de bør gjøres og når de bør gjøres. Modellen forteller også hvilke rørtyper Vann- og avløpsetaten må rette ekstra oppmerksomhet mot.

Hovedkonklusjonen er at etaten oftere må fornye avløpsnettet.

– Isolert sett kan du selvsagt si at utgiftene øker som følge av økt rehabilitering, men dette er altså nødvendig for å sikre innbyggerne i Oslo et godt og sikkert avløpssystem, sier Krogh.

– Samtidig vil vi se en positiv økonomisk effekt av at vi oftere kan sette inn tiltak før rørene går helt i stykker og vi må grave i gatene. Å fornye ledningene med å trekke en strømpe innvendig for å forlenge levetiden, er en billigere løsning enn å grave opp og legge nytt.

Bedre pumpeovervåking

Vann- og avløpsetaten i Oslo samler også inn informasjon om blant annet temperatur, energiforbruk og hvor mange timer pumpene går. Dette kan si noe om når slitedeler må skiftes ut.

– Tidligere har vi skiftet deler etter bestemte tidsintervaller, nå beveger vi oss over mot en praksis der analyser av overvåkingsdata i større grad gjør oss i stand til å foreta utskiftinger basert på utstyrets faktiske tilstand, sier Krogh.

– Ikke for seint, men heller ikke for tidlig.

Krøll med klor

Et vikitig tema for forskerne har vært sikkerhet. Mange osloboere husker sikkert en hendelse fra 2011, da en slange mellom klortank og doseringsutstyr sprang lekk og ufortynnet klor etter hvert fant veien ut i Akerselva.

– Hadde vi hatt samme overvåking i 2011 som vi har nå, ville dette sannsynligvis ikke ha skjedd. I dag har vi nivåmålere på alle klortankene, slik at alarmen går umiddelbart dersom innholdet i tanken synker fortere enn normalt.

Vann- og avløpsetaten har også gjort forsøk med bruk av trådløs kommunikasjon som supplement til de faste linjene som brukes til kontinuerlig overvåking av vannkvalitet, vanntrykk, vannmengde og lignende.

Informasjonssikkerhet har blitt stadig viktigere for etaten, og en sjekkliste utviklet for etaten har også nylig Mattilsynet brukt når de har spurt andre norske vannverk om i hvilken grad man fokuserer på informasjonssikkerhet.

De amerikanske forskerne har undersøkt hvor mye tid babyer bruker på nettbrett, mobil og TV. Allerede seks måneder gamle får noen en halv time med skjermtid hver dag.

Det er The American Academy of Pediatrics som står bak den nye studien. De jobber med barnehelse og fraråder all bruk av TV, nettbrett og mobilapper for barn under to år.

Halvparten så TV

Studien er gjort på amerikanere som bruker en offentlig helsestasjon for lavinntektsfamilier. Den er dermed ikke representativ for hele befolkningen.

I pressemeldingen skriver forskerne at barn yngre enn ett år bruker mer medier enn de hadde trodd.

De synes det er overraskende at over halvparten av ettåringene hadde sett TV-programmer, rundt en tredel hadde rørt eller scrollet på en skjerm, hver fjerde hadde ringt med en mobiltelefon, 15 prosent brukte apper og 12 prosent hadde spilt dataspill.

• Les også: Dårlig søvn med duppeditter

Innen de fylte to år brukte de fleste av barna mobiler eller nettbrett.

Foreldre er positive

Det finnes mange apper for spedbarn til nettbrett og smarttelefoner der barna for eksempel kan spille piano eller sprekke virtuelle ballonger.

I en europeisk rapport om skjermbruk som kom tidligere i år står det at forskningen henger etter. Dette til tross for en betydelig økning i bruk av slik teknologi hos svært små barn.

Senter for IKT i utdanningen sjekket i 2011 ut bruken av digitale enheter hos barn fra 0 til 6 år her i Norge. Foreldrene til nesten 1300 barn ble spurt om barnas vaner.

• Les også: Fete barn sliter ved mye skjermtid

En av konklusjonene fra denne undersøkelsen var at norske foreldre er positive til barns bruk av digitale enheter.

Foreldrene følger med, deltar og lager regler for å begrense tiden barna bruker på dette. Lek som ikke har noe med den digital verden å gjøre utgjør fremdeles den største delen av norske barns fritid.

Mer enn i USA

Den norske studien så også på hvor tidlig barn får prøve forskjellige ting. De aller fleste barna hadde sett på TV eller film før de var ett år. Altså flere enn i den nye studien fra USA hvor rundt halvparten av ettåringene hadde sett på TV.

• Les også: Er unge mindre aktive enn før?

Nesten hvert tredje barn i den norske undersøkelsen var under tre år da de brukte trykkfølsom skjerm for første gang, som på et nettbrett eller smarttelefon. 38 prosent av barna hadde aldri brukt trykkfølsom skjerm.

Dette var altså i 2011. En ny europeisk studie fant også at små barn har en del skjermtid, men at det balanseres bra med andre leker.

Fin balanse

Norge er ikke med i den nye europeiske rapporten som kom i år. Men denne har lignende konklusjoner som den norske fra 2011. Her har forskerne sett på den digitale hverdagen til 119 barn mellom 0 og 8 år.

En av hovedkonklusjonene i denne rapporten er at digitale spill og apper er en del av de minste barnas liv også i Europa, men at bruken balanseres bra med andre aktiviteter. Som å leke med andre leker eller være ute.

De mener det er mye positivt med at barn bruker digital teknologi. At appene og spillene kan utfordre barna kreativt og være lærerike.

De legger imidlertid til at det burde lages informasjonsmateriell for å hjelpe foreldrene til å lære barna nettvett og kritisk tenkning på digitale plattformer allerede fra tidlig alder.

Referanser:

Hilda Kabali m.fl: First Exposure and Use of Mobile Media in Young Children, presentert i et foredrag på San Diego Convention Center, 25.april 2015. doi: 10.1542/aapnews.20150425-3

Guðmundsdóttir, Gréta Björk og Hardersen, Barbro: Småbarns digitale univers. 0–6-åringers tilgang til og bruk av digitale enheter på fritiden. Senter for IKT i utdanningen, 2011.

Chaudron, Stephane: Young Children (0-8) and digital technology: A qualitative exploratory study across seven countries. Publications Office of the European Union, 2015. doi: 10.2788/00749