Vindmøller, der leverer langt mere strøm end i dag, og elbiler, der er mere energieffektive end hidtil.
Måske tænker vi ikke over det til hverdag, men vores produktion af energi er tæt koblet til et vigtigt naturfænomen: magnetisme.
Vindmøllers bevægelsesenergi bliver for eksempel omsat til elektricitet ved hjælp af magneter i generatorer. På samme måde omdannes elektricitet til bevægelse i elbilers magnetholdige elektromotorer.
Fremtidens energi- og klimarigtige opfindelser er derfor i høj grad afhængige af, at vi har adgang til stærke og effektive magneter. Og med uddelingen af de prestigefulde Sapere Aude-stipendier fra Det Frie Forskningsråd, som netop har fundet sted, er det mål forhåbentlig kommet et skridt nærmere. En af bevillingerne går nemlig til en samling forskere, der vil udvikle fremtidens magneter.
Læs også: Blodforsker jagter forsvar mod farligt hæmoglobin
Meget at vinde ved effektivisering
Cathrine Frandsen, der er lektor ved DTU’s Institut for Fysik, leder til daglig projektet, der er blevet belønnet med et stipendium. Nu vil hendes forskningsgruppe studere, hvordan nye magneter kan designes på nanoniveau – altså ved at sammensætte ekstremt små partikler. Derved vil de forsøge at bygge en magnet, der er stærkere end nogen anden, vi kender til i dag. Sådan en opfindelse vil have en meget stor nytte, forklarer hun:
»Effektiviteten hos vores nuværende elektromotorer og generatorer er i høj grad bestemt af, hvor kraftige magneter de indeholder,« fastslår hun og fortsætter:
\ Fakta
Sapere Aude-stipendierne uddeles hvert år af Det Frie Forskningsråd. Her belønnes hhv. unge forskere, forskningsledere og topforskere med en række beløb, der gør det muligt at gennemføre ambitiøse og nytænkende projekter.
»Kan vi lave magneter, der kan producere mere energi i forhold til deres egen vægt, vil det sikre en gevinst i processen, hvorved for eksempel vindenergi omdannes til elektricitet.«
Og der er meget at hente ved en optimering. Drømmen er at producere en permanent magnet, der er dobbelt så stærk som dem, vi har i dag. Sådan en magnet vil være langt mere energieffektiv end nutidens stærkeste magneter.
Hemmeligheden ligger i at kombinere materialer
Cathrine Frandsen fortæller, at man ikke længere er i stand til at videreudvikle de kraftige magneter, som vi har brugt i snart 30 år.
»De mest effektive magneter, vi i dag kender til, består af neodynium-jern-bor. De bruges i dag i for eksempel i legetøj, hvor man kan blive imponeret over deres kraft,« forklarer hun.
»Tricket i at udvikle endnu kraftigere magneter ligger formentlig i, at vi nu skal til at blande flere forskellige magnetiske materialer. Kombineres materialernes forskellige egenskaber på den helt rette måde, bør det kunne lade sig gøre at bygge en meget kraftig magnet.«
Der findes en række legeringer (stofblandinger, der indeholder mindst ét metal), som forskerne kan forsøge at blande på den rette måde for at styrke deres magnetiske egenskaber. Cathrine Frandsen og hendes kollegaer overvejer at tage udgangspunkt i neodynium-jern-bor og forsøge at kombinere stoffet med en anden legering, der har andre magnetiske egenskaber.
Det kunne eksempelvis være jern-kobalt – et materiale, der er endnu mere magnetisk end neodynium-jern-bor, men også er mere ustabilt. Jern-kobalt kan så at sige ‘glemme’ sin magnetisme, hvis det da ikke lige er blandet med et andet magnetisk stof, der kan hjælpe dets hukommelse lidt på vej – som eksempelvis neodynium-jern-bor.
Lego-leg på nanoniveau
\ Fakta
En magnet er en genstand, der har et magnetfelt omkring sig. F.eks. kan et stykke jern omdannes til en magnet. Kun permanente magneter beholder dog deres magnetiske egenskaber gennem længere tid. Køleskabsmagneter er eksempelvis permanente magneter – mens køleskabet, som de hænger på, kun fungerer som en midlertidig magnet.
Og det er langtfra tilfældigt, hvordan legeringerne blandes.
I praksis vil opbygningen af magneten komme til at foregå ved, at to typer af nanopartikler sættes sammen på en helt bestemt måde.
»Men det er virkelig en udfordring at sætte partiklerne rigtigt sammen,« forklarer Cathrine Frandsen. »Selvom vi næsten ved, hvordan partikler skal sidde for at lave en supermagnet, så er partiklerne så små, at vi ikke kan sidde og samle dem én for én som Lego-klodser. Vi skal finde ud af, hvordan partiklerne kan fungere som Lego, der samler sig selv på den helt rigtige måde, bare vi skruer på nogle ydre knapper.«
Ved hjælp af et elektronmikroskop vil Cathrine Frandsen og hendes kollegaer arbejde med et lille antal partikler fra hver legering – omkring et par hundrede stykker. Hvis forskerne i mikroskopet kan observere, hvordan partiklerne kombineres, er tanken, at de kan aflure processen og siden stykke magneten sammen partikel for partikel.
Stor global efterspørgsel på supermagneter
»Globalt er der et stort ønske om at udvikle de her nye supermagneter, men indtil videre er det ikke lykkedes,« fortæller Cathrine Frandsen. »Hvis vi med projektet kan vise, hvordan man kan kontrollere at samle blot nogle hundrede partikler på den rette måde, så vil det faktisk være en stor succes. Og et vigtigt skridt hen imod engang at kunne give vindmølleproducenterne en rigtig ny magnet i hånden.«
Håbet er på længere sigt at finde ud af, hvordan en stærk permanent magnet kan fremstilles ved at bruge de rette legeringer og bearbejdningsprocesser.
Så kan man massefremstille kraftige magneter, uden at omkostningerne bliver for voldsomme. Og så kan vi for alvor drage nytte af magneternes kræfter i fremtidens effektive transport- og energiløsninger.
Du kan læse mere om forskningsprojektet på Sapere Audes hjemmeside, hvor du også kan se en liste over de andre spændende projekter, der har modtaget stipendiet.
