RisøNyt no. 1, marts 2000

risoe.dk

RisøNyt no. 1, marts 2000

marts 2000

Et kig ind i forskningens fremtid

Når forskerne skal tage et kig i krystalkuglen, er det ofte

et meget sløret billede, der toner frem. Det er ikke altid

man ved, hvilke videnskabelige landvindinger, der venter

forude. Omvendt har samfundet på de fleste områder

meget præcise ønsker til fremtidens videnskabelige

resultater. Det er i spændingsfeltet mellem disse to synspunkter

artiklerne i dette nummer af RisøNyt er blevet til.

Foto: Boye Koch.

.

RISØ 1NYT

.

.

Når vi planlægger den

fremtidige udvikling

2

En verden drevet af

vindkraft

4

Materialer til et nyt

århundrede

6

Det fantastiske og

forunderlige lys

8

Grundforskning med og

uden visioner

10

Det 21. århundredes

miljøvenlige grønne

revolution

12

Vor radioaktive klode

14


Når vi planlægger den fremtidige

udvikling

Mennesker vil i fremti-

den forvente et godt og

sikkert liv. Der skal være

styr på teknologierne,

energiforsyningen og

miljøet. Systemanalyse

kan give os et grundlag

for at træffe de rigtige

valg i et samfund under

hurtig forvandling

Det globale energiforbrug vil fortsætte

med at stige, især på grund af øget

økonomisk vækst i udviklingslandene.

Samtidig vil forbruget af olie i energisektoren

sandsynligvis toppe og begynde

at gå nedad. Måske vil forbruget af

kul også kulminere i begyndelsen af det

21. århundrede, mens naturgas og vedvarende

energi vinder terræn.

Foto: Biofoto/Svend Tougaard.

2 RISØ NYT 1/00

Samfundet og dermed levevilkårene er

under forandring. Folk vil leve længere,

arbejde længere. Flere vil have deres job hjemme,

og mange vil få mere fritid. Vi bliver stadig

mindre tilbøjelige til at acceptere gift i

maden, forurening af miljøet, eller ulykker, der

sætter liv og helbred på spil. Via internet køber

vi ind ved computeren fra nær og fjern, og flere

varer sendes direkte hjem i stedet for til

butikkerne. Samfundet vil på en gang blive

internationaliseret og individualiseret.

Samtidig accelererer den teknologiske

udvikling på en række områder, fx inden for

bioteknologi og informationsteknologi, og på

energiområdet sker der store ændringer med

liberalisering og decentralisering.

Et kompliceret og højteknologisk samfund i

hastig udvikling må kunne prioritere: Hvilke

miljøspørgsmål skal vi bruge samfundets ressourcer

på? Hvordan bør energiforsyningen

indrettes? Hvilke nye teknologier skal vi satse

på? Og kan de nye teknologier medføre nye

typer risici og forurening?

At træffe de rigtige valg kræver avancerede

analysemetoder og modeller, som gør det

muligt at vælge på et kvalificeret grundlag.

Dette indgår som et vigtigt element i forskningen

i Risøs Afdeling for Systemanalyse.

Fremtidens energiforsyning

På energiområdet er der næppe tvivl om, at

det globale energiforbrug vil fortsætte med at

stige i de kommende årtier, især på grund af

øget økonomisk vækst i udviklingslandene.

Samtidig vil forbruget af olie i energisektoren

sandsynligvis toppe og begynde at gå nedad,

dels fordi ressourcerne svinder ind, dels på

grund af miljøforhold. Muligvis vil forbruget af

kul også kulminere i begyndelsen af det

21. århundrede, mens naturgas og vedvarende

energi kommer til at stå for en stigende del

af energiforsyningen både på verdensplan og i

Danmark. Hvilken rolle kernekraft vil få i dette

perspektiv er yderst vanskeligt at forudsige,

med den stærke negative opinion der har

været i de senere år i de fleste vestlige lande,

siger afdelingschef Hans Larsen. Vil drivhuseffekten

ændre dette?

Allerede den forventede udvikling gør det

nødvendigt med systemanalyse til at vurdere,

hvordan vedvarende energiformer som sol,

vind og bioenergi i kombination med energilagring,

se side 6, kan indpasses i energiforsyningen,

uden at det går ud over forsyningssikkerheden

eller samfundsøkonomien. På

samme måde må man være i stand til at

bedømme de økonomiske og miljømæssige

konsekvenser af ændringer på transportområdet,

fx et skift fra benzinbiler til el- og brintbiler.

Imidlertid er der mange jokere med i spillet.

Hvis drivhuseffekten virkelig begynder at

ændre Jordens klima mærkbart, vil behovet for

at dæmpe energiforbruget og erstatte kul og

olie med CO 2 -neutrale energiformer blive

endnu mere presserende. Her må man råde

over modeller, som kan give et bud på, hvilke

af de nye teknologier, det er værd at satse på

ud fra en samfundsmæssig betragtning.

En anden vigtig faktor er den hastige teknologiske

udvikling. Som omtalt side 6 kan store

kraftværker om nogle årtier blive suppleret med

mikrokraftvarmeværker, der forsyner boligområder

eller parcelhuse med varme og strøm

fremstillet af naturgas, biogas og brint.

Der ligger en joker i transportsektoren: Hjemmearbejde, internationalisering

og internethandel vil ændre transportmønstrene.

Andelen af ældre vil stige. Her vil transportbehovet afspejle

om de ældre bliver længe på arbejdsmarkedet eller lader sig

pensionere. Foto: Billedhuset/Per Morten Abrahamsen.


- Mikrokraftvarmeværkerne kan ændre

store dele af forsyningssystemet. En så

decentral energiforsyning vil ikke blot

overflødiggøre en række store kraftværker,

men også mange fjernvarmenet,

siger programleder Frits Møller Andersen,

Afdelingen for Systemanalyse.

Et vigtigt felt inden for energisystemanalyse

er at kunne forudsige, hvordan

samfundsudviklingen vil påvirke størrelsen

og arten af energiforbruget. Her ligger

jokerne ikke mindst i transportsektoren.

Hjemmearbejde, internationalisering

og internethandel vil ændre transportmønstrene,

og det er vigtigt at kunne

vurdere konsekvenserne. Det samme er

tilfældet med ændringer i befolkningens

sammensætning, hvor andelen af ældre

vil stige. Her vil transportbehovet bl.a.

afhænge af, hvorvidt de ældre bliver

længe på arbejdsmarkedet eller lader sig

pensionere.

Miljøet og samfundets penge

På miljøsiden er der næppe tvivl om, at

folks tolerancegrænse overfor forurening

vil blive mindre. Der vil ikke blot blive

stillet krav om at minimere udledningerne

af miljøfremmede stoffer, men også

om energieffektiv produktion og miljøvenlige

produkter, som kan genbruges

eller skrottes på forsvarlig vis. Man vil

næppe heller i længden kunne acceptere,

at store anlæg som olieplatforme og

atomkraftværker bygges, uden der foreligger

klare planer for, hvordan anlæggene

skal fjernes, når de er udtjente.

- Miljøkravene vil blive mange og forskelligartede,

og de vil ofte blive præget

af stemninger i medierne og befolkningen.

Her kan systemanalyse hjælpe

beslutningstagerne med at holde hovedet

koldt. Systemanalyse kan bruges til at

udføre de beregninger og analyser, som

er nødvendige forudsætninger for at kunne

prioritere. Gode analyser gør det

muligt at sætte ind på de vigtigste miljøområder

og ikke mindst, hvad jeg finder

yderst vigtigt, at undgå fejlinvesteringer

og dermed misbrug af samfundets sparsomme

midler til panikløsninger, der kort

tid efter viser sig at være i bedste fald overflødige,

siger afdelingschef Hans Larsen.

Sikkerhed og teknologi

Et andet centralt forskningsfelt inden for

systemanalyse er menneskets samspil

med den moderne teknologi. Her er det

nødvendigt at udvikle teknologiscenarier,

der kan vurdere følgerne af at anvende

nye teknologier som informationsteknologi

og genteknologi. Er det fx fornuftigt

at satse på transgene landbrugsafgrøder,

eller er det klogere at lade være? Hvilke

fordele og ulemper rummer gensplejsede

planter set ud fra miljømæssige, ernæringsmæssige

og økonomiske vinkler?

I løbet af de kommende årtier vil

avancerede tekniske systemer komme til

at præge samfundet i et omfang, som på

afgørende vis vil ændre arbejdsdelingen

mellem mennesker og maskiner. Vi har

allerede set begyndelsen fx i form af

førerløse tog.

Der ligger en anden joker i spillet, hvis drivhuseffekten

virkelig begynder at ændre Jordens klima mærkbart.

Så vil behovet for at dæmpe energiforbruget og erstatte

kul og olie med CO2-neutrale energiformer og transportmidler

blive endnu mere presserende.

Foto: FOCI Image Library.

- Når det gælder komplicerede tekniske

systemer ved man, at mennesker er

en af de vigtigste risikofaktorer. Fx spiller

svagheder i ledelsen en central rolle for

mange typer uheld. Et af fremtidens

afgørende spørgsmål bliver derfor, om vi

skal stole mere på teknologien end på

mennesket. Vi kommer uvægerligt til at

tage stilling til, om vi bør lade komplicerede

tekniske systemer passe sig selv.

Udviklingen i sensorteknik og databearbejdning

vil muliggøre dette, siger programleder

Nijs Jan Duijm.

Der er nok af åbne spørgsmål. Bør

operatørerne på et kraftværk eller en

kemisk fabrik være overvåget af sensorer,

som kobler automatikken til, hvis

menneskene begår væsentlige fejl? Kan

vi acceptere det pilotløse fly og den

I løbet af de kommende årtier vil avancerede tekniske

systemer komme til at præge samfundet i et omfang,

som på afgørende vis vil ændre arbejdsdelingen mellem

mennesker og maskiner. Vi har allerede set begyndelsen

fx i form af førerløse tog, som introduceres i

Københavns kommende minimetro. Vil charterturen

komme til at foregå med et førerløst fly?

Foto: Ørestadsselskabet/Per Morten Abrahamsen.

automatiske fabrik? Eller skal der fortsat

være mennesker, som kan gribe ind, når

ulykken truer? Svarene må baseres på

grundige systemanalyser, der spænder

hele vejen fra psykologi til teknisk sikkerhed.

Af ROLF HAUGAARD NIELSEN,

videnskabsjournalist

RISØ NYT 1/00

3


En verden drevet af

vindkraft

For over 100 år siden

opstillede Poul la Cour

og et hold videnskabs-

mænd den første test-

vindmølle i Danmark.

Det var den spæde start

til en udvikling, der har

gjort Danmark til ver-

dens førende eksportør

af vindkraftteknologi.

Over 60% af den elek-

tricitet, der produceres

af vindmøller i verden i

dag, stammer fra dansk

producerede vindmøller

Tre bud på nyskabelser, der vil gøre

vindmøllerne endnu bedre i fremtiden

Multifunktionelle materialer

Vingerne kan måske bygges i materialer,

der kan gøre møllen i stand til selv at justere

aeroelasticiteten, stivheden og strømningen

omkring vingen efter vindforholdene

Den selvtænkende mølle

Hjernen i den selvtænkende vindmølle er

computere bygget op omkring neurale netværk.

Computeren skal kunne lære sig selv og

derved møllen at fungere mest optimalt

under de givne forhold.

Den økologiske vinge

Vingerne kan måske i fremtiden være

fremstillet af plantefiber kompositter.

Derved vil der ikke være nogen miljøbelastning,

når vingerne skal skrottes.

4 RISØ NYT 1/00

Nogle af de vigtigste redskaber, når ny

vindkraftteknologi skal udvikles, er erfaring

og tradition iblandet nytænkning. Takket

været la Cour og en lang række andre visionære

personligheder samt en folkelig og politisk

opbakning er Danmark det land, der ligger

inde med den største viden om vindkraft.

Det, der for alvor satte vindkraft på den

politiske dagsorden, var de to energikriser i

70erne. I 1976 var to vindmøller koblet til det

danske elnet, og i dag 22 år senere er antallet

af vindmøller i Danmark på over 5000. Der er

en installeret effekt på over 1500 MW, hvilket

dækker ca. 10% af det danske elforbrug. Denne

dækningsgrad var der ingen andre end

vindfolkene selv, der troede på for 20 år siden.

Energistyrelsens mål er, at 50% af det danske

elforbrug om 23 år skal dækkes af vindkraft og

andre alternative energikilder. Dette tal skræmmer

ikke programlederne Peter Hjuler Jensen

og Flemming Rasmussen fra Afdeling for Vindenergi

og Atmosfærefysik.

Fremtidens vindmølleparker står på havet

eller på fjerntliggende lokaliteter, og møllerne

er mere eller mindre selvtænkende.

De reagerer og justerer sig selv alt efter

deres tilstand og de klimatiske forhold.

Hvis der opstår fejl i styringssystemet eller

mindre defekter på møllen, kan den reparere

sig selv helt eller midlertidigt og sende

besked om hjælp til nærmeste kraftcentral,

der måske ligger meget langt væk.

Foto: Jan Kofod Winther Luftfoto.

De har indvilliget i at komme med nogle bud

på, hvordan vindkraftteknologien vil udvikle

sig i det 21. århundrede.

Global vindkraft

Når der skal skabes muligheder for ny vindkraftteknologi,

er det ikke nok at tænke lokalt.

Vi er nødt til at tage de globale briller på, hvis

vi skal forstå og udnytte de muligheder, vindkraften

giver for forureningsfri energiproduktion.

Det nytter ikke, at Danmark dækker sit

elforbrug med alternative energikilder, hvis

resten af verden stadig bruger kul og olie -

siger både Peter Hjuler Jensen og Flemming

Rasmussen. Der skal tænkes i meget større

sammenhænge og perspektiver, hvis vindkraft

skal have mulighed for at udnytte sit potentiale.

Der er enorme uudnyttede vindressourcer

rundt omkring i verden. Områder, som

Kola-halvøen og de store sletter i Sibirien, er

gode eksempler. Her bor ingen mennesker,

der kan blive generet af vindmøllerne, og

vindressourcerne er store. Det store problem

for en sådan global implementering af vindkraft

er transporten af el. Vi venter fx på superledende

elkabler, se side 7, før de øde områder

rundt om i verden vil være attraktive til

placering af kæmpe vindmølleparker.

El-lagring

På grund af den fluktuerende produktion er

lagring af el også et område, der er af stor

betydning for udbygningen af de vedvarende

energikilder. Risøs forskere er med til at løse

disse problemer på tre fronter, se artiklen side

6. Netop muligheden for den tværfaglige

forskning på Risø er et stort potentiale, understreger

både Peter Hjuler Jensen og Flemming

Rasmussen.


Multimegawatt vindmøllerne er allerede på vej. Baggrundsbilledet viser prototypen på NEG Micon 2 MW møllen,

der blev sat i drift i august 1999. Den har en rotordiameter på 72 m . I dette tilfælde (Hagesholm, ved Holbæk) er

den stillet op på et tårn, der er 68 m højt. Fremtiden vil bringe endnu større møller til havs. Forskerne tør ikke gætte

på, hvornår grænsen for møllernes størrelse er nået. Baggrundsfoto: Søren Krohn, Vindmølleindustrien.

De tænkende vindmøller

Selv om der stadig ligger meget forskning

forude, før problemerne med transport

og lagring bliver løst, er der ingen grund

til at læne sig tilbage og vente, mener de

to forskere. Hvis fremtidens vindmølleparker

skal stå på havet eller på fjerntliggende

lokaliteter, er det på tide at udvikle den

næste generation af vindmøller: De

selvtænkende møller. Ved udviklingen af

sådanne vindmøller er driftsikkerheden en

vigtig parameter at tage hensyn til. Møllerne

skal kunne klare sig selv i lang tid.

De skal konstant være styret og overvåget

af computere, så møllen kan reagere og

justere sig selv alt efter sin tilstand og de

klimatiske forhold. Hvis der opstår fejl i

styringssystemet eller mindre defekter på

møllen, skal den være i stand til at reparere

fejlen, helt eller midlertidigt. Denne

type styring og overvågning vil kræve

computere, der fx bygger på neurale netværk.

Computere, der hen ad vejen kan

lære sig selv og derved møllen at fungere

mest optimalt under de givne forhold.

Peter Hjuler Jensen forestiller sig, at computeren

hjemmefra fodres med en række

grunddata om forholdene i det område,

hvor møllen skal stå. Computeren skal så

selv supplere og justere dataene ud fra de

reelle forhold, når møllen er sat op. Med

udgangspunkt i disse data kan driften

optimeres, se også side 9.

Multifunktionelle materialer

Flemming Rasmussen nævner også en

anden teknologisk udvikling, der vil kunne

gavne vindmølleindustrien i fremtiden. Et

ønske med betegnelsen multifunktionelle

materialer. Disse materialer skal have flere

egenskaber, der kan styres af vindmøllen

selv. Risø arbejder fx med at udvikle kunstige

muskler af polymere materialer. De

kunstige muskler består af materialer, der

trækker sig sammen og strækker sig alt

efter hvilken elektrisk impuls, de udsættes

for. Det kunne udvikles til et materiale,

der i én situation er meget stift og i en

anden bøjeligt. Et sådant materiale vil

kunne give udviklingen af nye vinger et

spark fremad. En vinge, der kan tilpasse

sine aeroelastiske og strukturelle egenskaber

efter vindforholdene, vil give både

mere effektive og mere holdbare vinger.

Vingerne kan også udstyres med sensorer,

som hele tiden måler deres skadestilstand,

og sender besked ind på land. Sådanne

sensorer kan eventuelt baseres på elektrisk

ledende plast.

Hvordan kommer vi dertil?

Det er ikke kun den teknologiske

udvikling, der kan være med

til at gøre vision til virkelighed.

Forskningspolitisk er der også

muligheder for nytænkning.

Udviklingen går i dag mod en

nedbrydning af faggrænserne.

Vi vil se fysikere, der arbejder

med biologiske problemstillinger,

plantebiologer, der arbejder

med materialeforskning, osv.

Udviklingen vil blive mere kompleks,

og de, der kan få symbiosen

til at fungere, vil skabe nye

muligheder.

“Man kan fx forestille sig, at

plantebiologer, materiale- og

vindmølleforskere kunne have

det fælles mål at udvikle den

økologiske vindmøllevinge af

plantefibre”, siger Flemming Rasmussen.

Derfor er det vigtigt, at den tværfaglige

forskning stadig bliver udviklet og dyrket

fuldt ud. Den tværfaglige forskning er jo

netop fundamentet for Risøs stærke position

i den internationale konkurrence. Vi

skal også styrke aktiviteterne på Risø ved

at udvikle et mere integreret samspil med

industrien, samtidigt med at vores forskningsindsats

er langsigtet.

Hverken Peter Hjuler eller Flemming

Rasmussen kan lide udtrykket markedsstyret

virksomhed. Det er for passivt, mener

de. “Vi skal være trendsættende, så vores

arbejde er med til at være markedssty-

rende. Vi skal være med til at styre industriens

behov for forskning og udvikling.

Det kan kun ske ved at få blandet de forskellige

arbejdskulturer. Markedsfolk,

designere og forskere skal populært sagt

lære at tale samme sprog. Vi skal lære af

hinandens måde at tænke på. Det vil give

nye muligheder for teknologisk udvikling,

der virkelig har en effekt på både industri

og samfund”, slutter Peter Hjuler og

Flemming Rasmussen.

Med fremtidens superledende kabler kan man transportere

el over store afstande uden at miste energi. Så

vil forblæste, øde områder rundt om i verden pludselig

være attraktive for kæmpe vindmølleparker.

Foto: Bert Wiklund.

Mulighederne for udvikling og optimering

af vindkraft er stadig enorme. Der er

stadig plads til de store visioner og skæve

idéer i den danske vindkraftforskning. Det

er også en forudsætning for, at vi kan blive

ved med at være førende i verden.

Af KENNETH AUKDAL,

Afdelingen for Informationsservice

RISØ NYT 1/00

5


Materialer til et nyt århundrede

Megabyernes store

kraftværker og mikro-

kraftvarmeværker til

individuelle boliger stil-

ler vidt forskellige krav

til fremtidens materia-

ler. En anden udfordring

er de skærpede miljø-

mæssige og tekniske

krav til industrielle pro-

dukter. Samtidig skal

materialernes egenska-

ber kunne forudsiges

med modelberegninger

og afprøves med avan-

cerede metoder, så de

kan holde til mere

Materialeforskernes store udfordring bliver

de skærpede miljømæssige og tekniske

krav til industrielle produkter. Samtidig

skal materialernes egenskaber kunne

forudsiges med modelberegninger og

afprøves med avancerede metoder, så

de kan holde til mere.

Foto: Boye Koch

6 RISØ NYT 1/00

Materialer skræddersys til specifikke formål.

Man ser allerede udviklingstendensen,

fx når det gælder brændselsceller,

som ventes at få deres gennembrud inden for

de næste ti år. Her er der stor forskel på kravene

til brændselsceller, som skal omdanne

naturgas eller brint til el og varme i et almindeligt

parcelhus, og de celler, som udvikles til

millionbyernes store kraftværker.

I mikrokraftvarmeværker vil man opnå den

bedste økonomi med brændselsceller, der

arbejder ved relativt lave temperaturer, mens

brændselscellerne til store kraftværker kommer

til at fungere ved høje temperaturer i forening

med gasturbiner. Selv om begge typer brændselsceller

fremstilles af keramik, skal keramikken

skræddersys på vidt forskellig vis.

Brændselscellerne vil også få en vigtig rolle

til lagring af overskudsstrøm fra vedvarende

energiteknologier.

I det hele taget er avanceret teknisk keramik

en af de materialegrupper, som spås en

stor fremtid. Keramikken laves ud fra meget

fintkornende pulvere, som fremstilles kemisk i

bl.a. vandige opløsninger, hvilket giver meget

store variationsmuligheder, når keramiske

materialer skal fremstilles til specifikke formål.

Vedvarende energi og energilagring

En anden vigtig materialegruppe er lette og

stærke fiberkompositter til fx store møllevinger

eller tanke til brint. Lette og stærke tryktanke

kan bane vejen for at anvende brint som

brændstof i forureningsfri biler. Fiberkompositterne

baner også vej for at udvikle effektive

svinghjul til energilagring. Tilsammen vil

brændselsceller, brintlagre og svinghjul betyde,

at vi får bedre muligheder for at bruge

brint til at lagre energi fra ustabilt producerende

energikilder som sol og vind.

- Det vi skal satse på herhjemme, er

grundforskning af høj international standard,

der sigter mod mål, som godt kan ligge et

stykke ude i fremtiden. Inden for energi og

transport er sådanne mål knyttet til høj effektivitet

og lav forurening. Hvis vore offentlige

forskningsinstitutioner kortsigtet går efter at

I mikrokraftvarmeværket til parcelhuset finder vi i fremtiden

brændselsceller, der arbejder ved relativt lave temperaturer,

mens brændselscellerne til store kraftværker kommer til at

fungere i forening med gasturbiner ved høje temperaturer.

Det kræver udvikling af vidt forskellige materialer.

Foto: Biofoto /Jørgen Jensen /Leif Schack-Nielsen.

udvikle nye produkter, vil vi blive løbet over

ende af de store verdensomspændende virksomheder,

der har langt større ressourcer til

deres rådighed, siger afdelingschef Niels Hansen

fra Afdelingen for Materialeforskning.


Der kommer et gennembrud for materialer, som er

opbygget af plantefibre. Plantefibre er biologisk nedbrydelige,

og derfor vil det være let at skrotte komponenterne,

når de er udtjente.

Baggrundsfoto: Biofoto/Lars Gejl

En fysisk forståelse

Først og fremmest er det vigtigt at

opnå en grundlæggende fysisk forståelse

af, hvordan materialer er opbygget,

og hvordan de fungerer. Det er ikke nok

at afprøve fx styrken og konstatere,

hvilke belastninger et givet materiale

kan tåle. Sådanne undersøgelser skaber

nemlig ikke en grundlæggende forståelse

af sammenhængen mellem et

materiales opbygning og dets egenskaber,

og kan derfor kun i begrænset

omfang bruges til at vurdere, hvordan

materialets egenskaber vil ændre sig,

hvis man forandrer dets sammensætning

eller den fysiske struktur. Det kan

fx opnås ved at ændre fremstillingsprocessen.

Vejen til at opnå en fysisk forståelse

af materialers egenskaber er at karakterisere

dem fra det makroskopiske helt

ned på det atomare niveau, hvilket bl.a.

kan gøres med avancerede mikroskoper

som transmissionselektronmikroskopi

eller ved hjælp af intens røntgenstråling

fra store synkrotroner. Dernæst må man

kunne modellere materialernes opførsel

under forskellige betingelser, så man

kan forudsige, hvordan specifikke

ændringer i den kemiske sammensætning

eller den fysiske struktur vil påvirke

deres egenskaber.

Det forventes, at mange af fremtidens

materialer vil bestå af små strukturer

i nanoskalaen. Jo flere korngrænser

og dermed barrierer, der er i et materiale,

jo stærkere bliver det. Men jo sværere

bliver det også at opdage ekstremt

små revner, som i sidste ende kan føre

til brud. Derfor må man også udvikle

nye og meget fintfølende testmetoder.

- Når det gælder fysisk forståelse af

materialer, som anvendes fx inden for

transportsektoren og energiområdet,

har Danmark gode forudsætninger for

at være med i frontlinjen internationalt.

Den mulighed skal vi udnytte, siger

Niels Hansen.

Forbedring af kendte materialer

I de kommende årtier vil materialeforskningen

gå i to retninger. Dels vil kendte

materialer som metaller og fiberkompositter

blive forbedret, dels vil der blive

udviklet nye supermaterialer, som i høj

grad vil blive baseret på keramik.

- Med hensyn til metaller har man i

1990erne satset på stærke legeringer. Nu

ser man en tendens til igen at bruge

rene metaller eller lavt legerede metaller,

som forarbejdes med nye metoder, hvor

strukturen fastlægges i nanoskalaen, hvilket

øger styrken. Fordelen ved at bruge

sådanne materialer er, at de er lette at

forarbejde og genbruge, siger Niels

Hansen.

Fiberkompositter erstatter allerede

metaller i mange sammenhænge, fx i

komponenter til biler, hvor de reducerer

vægten og dermed energiforbruget.

Men der er fortsat behov for at øge kompositternes

holdbarhed, fx når det gælder

vindmøllevinger til store havmøller.

Lette og stærke fiberkompositter vil også

i stigende grad vinde indpas i militæret,

fx i form af lette vogne og fartøjer samt

letvægtsudstyr til personlig beskyttelse,

Mange af fremtidens materialer vil bestå af små strukturer.

Jo flere korngrænser og dermed barrierer, der er i

et materiale, jo stærkere bliver det. Men jo sværere bliver

det også at opdage ekstremt små revner, som i sidste

ende kan føre til brud. Derfor må man også udvikle

nye og meget fintfølende testmetoder.

Foto: Forskningscenter Risø.

der bl.a. vil være nyttigt i fredsbevarende

operationer, som danske soldater i stigende

omfang deltager i.

Nye supermaterialer

I de kommende år er der store muligheder

for at udvikle helt nye materialer, som er

baseret på keramik. Et af de vigtigste

områder er elektrokeramiske materialer,

der kan lede elektrisk ladede atomer eller

protoner.

Elektrisk ledende keramik anvendes

allerede i brændselsceller, men vil i stigende

grad finde anvendelse i sensorer, der fx

kan måle ilt eller CO2 . Sådanne sensorer vil

bl.a. kunne bruges til at måle forbrændingsprocesser

og gasser, som kan være

farlige, giftige eller eksplosive.

Et andet vigtigt felt er keramiske membraner.

Membranerne vil bl.a. kunne bruges

til at rense gas eller til ultrafiltrering.

Desuden kan der komme et gennembrud

for de keramiske højtemperatur superledere,

hvor de første superledende kabler, der

tabsfrit vil kunne transportere strøm, nu er

ved at være klar til afprøvning. Endelig er

der håb om, at det vil lykkes at udvikle

superstærk og plastisk keramik, som fx vil

kunne erstatte nikkellegeringer i gasturbiner.

Keramiske turbiner vil kunne arbejde

ved meget høje temperaturer og opnå en

meget høj effektivitet.

På det overordnede plan vil den voldsomme

befolkningstilvækst og den forventede

forbedring af levestandarden, nødvendiggøre

en revolution inden for transport

og energiområdet, som vil kræve

udvikling af nye materialer.

- Hvis materialeforskningen skal opnå

praktiske resultater inden for en rimelig

tidshorisont, er det nødvendigt med et

godt samarbejde mellem offentlige forskningsinstitutioner

og industrien. Og der

bliver brug for mange nye ideer, siger Niels

Hansen.

Af ROLF HAUGAARD NIELSEN,

videnskabsjournalist

RISØ NYT 1/00

7


Det fantastiske og forunderlige lys

Lys er et værktøj for det

nye århundrede. Glem

skalpellen og nålen, for

lasere vil kunne lave

vævsprøver og måle

blodsukker, uden at det

er nødvendigt at skære

eller stikke. Optisk

baserede målemetoder

vil kunne styre industriel

produktion med en

utrolig præcision og øge

vindmøllers ydelse og

holdbarhed. I kulissen

lurer den billige brug-

og-smid-væk laser af

plast

8 RISØ NYT 1/00

Småt er godt. Et optisk system, som i går

fyldte flere kubikmeter, kan i dag pakkes

sammen i et holografisk optisk element. I morgen

kan alle prismerne og linserne rummes på

en chip, der fylder mindre end en kvadratcentimeter,

og i overmorgen kan hele systemet

sandsynligvis fremstilles i plast til en meget

billig penge.

Lys bliver et vigtigt værktøj i de kommende

årtier, ikke mindst inden for den medicinske

verden. Allerede i dag anvendes laserlys

både til diagnostik og behandling, f.eks. af

grøn stær, men udviklingen er først lige

begyndt.

Diagnostik og behandling

Når det gælder behandling, er det en stopklods,

at laserne endnu ikke har den rette bølgelængde

til at trænge dybt ind i kroppen. På

Risøs Afdeling for Optik og Fluid Dynamik er

man gået i gang med at løse problemet.

Normalt yder en halvlederlaser 20-50 milliwatt

ved en specifik bølgelængde, men Paul

Michael Petersen har nu udviklet en metode til

at koordinere lyset fra ti lasere, hvorved man

dels opnår en kraftig effekt på en watt, dels

bliver i stand til at operere i et bredt område

af bølgelængder. Et sådant lasersystem vil

Siden den første optiske laser blev tændt i 1960 af den amerikanske

fysiker Theodore Harold Maiman er lys blevet et universalværktøj,

der både kan styre industriel produktion med en

utrolig præcision, stille diagnosen og kurere patienten. I kulissen

lurer den billige brug-og-smid-væk laser af plast, som vil

sikre lyset endnu flere roller i fremtiden.

Foto: Boye Koch.

f.eks. via en optisk fiber kunne lyse ind i leveren,

hvor laserstrålen vil kunne finde og uskadeliggøre

kræftceller.

Lasersystemets bølgelængde indstilles, så

lyset absorberes af et bestemt kontraststof i

cellerne, som især ophobes i områder med

stor biologisk aktivitet, hvilket kendetegner

kræftsvulster, hvor cellerne deler sig igen og

igen. Når lyset absorberes, dannes der frie

radikaler i form af iltatomer, som så slår cellerne

ihjel. Metoden betegnes fotodynamisk

terapi.

- Dette er blot ét eksempel på en ny

behandlingsmetode, som nærmer sig klinisk

afprøvning på mennesker. Mange andre former

for behandling med lasere er på vej, f.eks.

laserbehandling af hudkræft, siger Steen

Grüner Hanson og Per Michael Johansen, der

begge er programledere i Afdelingen for Optik

og Fluid Dynamik.

På den diagnostiske side er det realistisk, at

lasermålinger kan afløse hudbiopsier og vævsprøver,

hvor lægerne i dag må bruge kniven.

I stedet kan man f.eks. udnytte bredspektret

laserlys, hvor de forskellige bølgelængder

interfererer med hinanden, til at undersøge

tynde snit ned gennem huden. I mange sammenhænge

vil en sådan laserbiopsi være lige

Ved at koordinere lyset fra mange små billige halvlederlasere

opnår man en kraftig effekt og man bliver i stand til at operere

i et bredt område af bølgelængder. Et sådant lasersystem vil

f.eks. via en optisk fiber kunne lyse ind i leveren, hvor laserstrålen

vil kunne finde og uskadeliggøre kræftceller.

Foto: Boye Koch.


så god som en hudprøve, der undersøges

i et mikroskop.

Et af de helt store mål inden for laserdiagnostik

er blodsukkermålinger hos

patienter med sukkersyge. Den forskergruppe,

som udvikler en pålidelig metode,

vil bane vejen for en global millionforretning.

- En af forudsætningerne for, at laserdiagnostik

og laserbehandling for alvor

kan slå igennem, er en forbedret teoretisk

forståelse. Det er vigtigt at

udvikle gode fysisk-matematiske

modeller af lysets samspil med

levende væv, så man præcis

ved, hvad man måler, og

hvordan en given behandling

virker, siger Steen

Grüner Hanson og Per

Michael Johansen.

Ved hjælp af lasermåleudstyr vil vindmøller selv

kunne indstille sig, så de udnytter vinden optimalt,

hvilket kan øge energiproduktionen med op mod ti

procent. Her anvendes en form for laserradar.

Foto: Boye Koch.

Glem skalpellen og nålen, for lasere vil kunne lave

vævsprøver og måle blodsukker uden at det er nødvendigt

at skære eller stikke.

Foto: FOCI Image Library.

Lys har sandsynligvis også en stor

fremtid inden for bioteknologien. Allerede

nu kan man bruge lys til at indfange

partikler og bevæge dem. Det kan fx

bane vejen for at indføre gener i celler

ved hjælp af lys og placere generne

meget præcist i kromosomerne.

Præcisionsmålinger

Optiske systemer anvendes i dag mange

steder i industrien til produktionskontrol;

fx til at måle bevægelser, drejningsvinkler,

afstande mv. I takt med at systemerne

bliver billigere og mere præcise, vil

udbredelsen blive øget. En af gevinsterne

ved at anvende optisk produktionskontrol

er, at sliddet på produktionsudstyret

mindskes, når det optiske system

hele tiden sørger for, at maskinerne er

indstillet rigtigt.

Et lignende system vil kunne benyttes

til tilstandsovervågning af store havbaserede

vindmøller. Her vil lasere kunne

påvise vibrationer i tårnet, akslen og

møllevingerne, så man kan nå at gribe

ind, før der er risiko for, at lejerne bryder

sammen. Se også side 5.

Samtidig kan lasermålinger sørge for,

at møllen udnytter vinden optimalt, hvilket

vil kunne øge energiproduktionen

med op mod ti procent. Her anvendes

en form for laserradar. En kraftig CO2- laser udsender en stråle, som måler vindhastigheden

150 meter fra møllen i vindretningen.

Det sker ved at strålen reflekteres

tilbage mod møllen af aerosolpartiklerne

i atmosfæren. Jo hurtigere de

lysspredende partikler kommer farende

hen mod møllen, jo mere forskydes bølgelængden

af det reflekterede lys. Målingen

fortæller møllen, hvordan vinden vil

være fem sekunder senere, hvilket gør

det muligt at dreje vingeprofilen, så

møllen udnytter vinden bedst muligt.

Se også side 5.

Billige lasere af plast

Allerede i dag bliver en del optiske komponenter

fremstillet i plast. Et par prominente

eksempler er linser til briller og billige

kameraer. Fordelen ved at anvende

polymerer er, at både materialer og

systemer kan fremstilles billigt selv med

store krav til præcision. Samtidig er polymerer

mere velegnede end halvledermaterialer

til at opbygge meget komplekse,

integrerede optiske systemer.

En anden vision går ud på at fremstille

billige brug-og-smid-væk lasere af

plast. Sådanne lasere vil kunne finde

utallige anvendelser lige fra målinger af

fjernvarmevand, over miljømålinger til

medicinsk diagnostik. Ideen er, at laseren

efter en given aflæsning kan smides

væk og erstattes med en ny.

Som mange andre forskergrupper på

internationalt plan deltager Afdelingen

for Optik og Fluid Dynamik i kapløbet.

Gruppens strategi går ud på at anvende

elektrisk ledende polymerer, hvori der

indbygges farvestoffer, som kan bringes

til at udsende lys ved en elektrisk eller

optisk stimulering. Ideen er at fremstille

laserne ved sprøjtestøbning. Her laver

man først en støbeform af nikkel, som

man derpå sprøjter plasten ned i. Metoden

er velegnet til industriel produktion.

- Polymerlaseren til en ti’er er ikke

lige om hjørnet, men den dag det lykkes

for os eller andre vil der være tale om et

stort teknologisk gennembrud, siger Per

Michael Johansen.

Af ROLF HAUGAARD NIELSEN,

videnskabsjournalist

RISØ NYT 1/00

9


Grundforskning med

og uden visioner

”Der findes i virkelighe-

den kun tre ting, der er

nødvendige for at have

et godt liv. Grillet kød,

honning og sex. Det

påstår den engelske for-

sker Desmond Morris i

hvert fald. Alt andet må

jo så være ligegyldigt

eller kun for sjov. Det er

sådan, jeg også gerne

vil se på forskningen.

Det behøver absolut

ikke være ligegyldigt,

men det skal være sjovt,

ellers går jeg hjem.”

Citat Klaus Bechgaard

10 RISØ NYT 1/00

Når en grundforsker skal tage et kig i krystalkuglen,

er det ofte et meget sløret billede,

der toner frem. Et af grundforskningens

kendetegn er jo netop, at man ikke ved, hvad

der venter forude. Forskerne er ansat til at finde

frem til ny viden om ting, vi ikke forstår i

dag, og det kan derfor være svært for dem at

give et billede af, hvor de er på vej hen.

Grillet kød, honning og sex

Jeg har fået en aftale med afdelingschef Klaus

Bechgaard fra Afdelingen for Materialers Fysik

og Kemi. Jeg har forberedt mig på en snak om

hardcore fysik med en af de førende forskere

inden for faststoffysik. Alle sanser er skærpede

og klar til at prøve at følge med. Det skal

handle om visioner. Hvad kan vi vente os fra

fysikerne i det 21. århundrede? Min underkæbe

havner derfor helt nede på kanten af

skrivebordet, da Klaus Bechgaard fyrer den

første salve af. ”Der findes i virkeligheden kun

tre ting, der er nødvendige for at have et godt

liv. Grillet kød, honning og sex”. Det er den

engelske forsker og skærmtrold Desmond

Morris’ konklusion efter en undersøgelse af,

hvad forskellige folkeslag betragter som de

væsentligste forudsætninger for et godt liv. Jeg

får samlet mig en smule og stiller lidt naivt

spørgsmålet: ”Hvad er afdelingens visioner for

fremtiden?” Klaus Bechgaard fyrer prompte

salve nummer to af. ”Visioner kan faktisk være

temmelig begrænsende, så jeg vil helst ikke

have nogle.” Der er selvfølgelig tale om en

provokation, men udtalelsen dækker over en

forskningsfilosofi, som mange grundforskere

sikkert kan tilslutte sig.

En tur i skoven

Klaus Bechgaard fortsætter med et skævt smil

på læben. Han ved han har rystet mig og

morer sig synligt. Grundforskning kan betragtes

som en tur i skoven. Man følger en sti.

Stien drejer, og man ved ikke, hvad der er

rundt om hjørnet. Det er det, der gør det hele

Et materiale, der kan lagre og frigive brint på en sikker måde,

baner vej for at fremstille fremtidens forureningsfri biler.

Foto: FOCI Image Library.

Udviklingen af en polymer, der kan nedbrydes totalt på kommando,

står højt på materialefysikernes ønskeseddel.

Foto: Biofoto/Steen Lund.

spændende. Et klart defineret mål kan nogen

gange være begrænsende, fordi de epokegørende

opdagelser ofte kommer uventet. Det

kan godt være, at målet er at komme igennem

skoven, men der er jo mange måder at

gøre det på. Man kan sætte sig op i en bulldozer

og drøne igennem skoven uden at

lægge mærke til noget som helst. Man kan

også vælge at følge stierne og lade sig inspirere

undervejs. Tage et par afstikkere ad nogle

små spændende stier, som måske ender blindt

eller måske viser sig at være den helt rigtige

vej for bedre at forstå, hvordan verden er skruet

sammen. Det kan måske virke lidt vel filosofisk,

men hvis man allerede nu kan forudsige

et revolutionerende forskningsresultat, der ligger

50 – 100 år ude i fremtiden, er det måske

ikke så visionært endda.

Selv om Klaus Bechgaard gerne står ved

sin holdning om, at grundforskning skal være

fri og uafhængig af andet end lysten til at vide

mere, er der dog en række konkrete problemer,

som han meget gerne vil være med til at

løse i fremtiden.

Sikker håndtering af brint

Transportsektoren venter utålmodigt på, at der

bliver fundet nogle materialer, der kan bruges

til at opbevare og frigive brint på en sikker og


kontrollabel måde. Det store problem er

ikke at finde materialer, der kan binde

brint. Problemet er at kunne kontrollere,

hvordan brint bliver frigivet igen.

Når disse materialer bliver fundet, vil

brint for alvor kunne revolutionere stort

set alle former for transport. Se også

side 2 og side 6.

Nedbrydelig polymer

Udviklingen af en polymer, der kan nedbrydes

totalt på kommando, står også

højt på ønskesedlen. Problemet med

affald bliver stadigt større. Hvad skal vi

gøre med det og ikke mindst, hvor skal

vi gøre af det? På et tidspunkt vil der

ikke være plads nok til at opbevare det

affald, der hverken kan brændes eller

200.0 nm

200.0 nm

0.5

0.5

1.0

1.0

1.5

1.5

µm

µm

Kollagentråde har tværstriber på en nanometer skala,

som menes at være af betydning for cellers genkendelse

af trådene (øverste billede). Forskere på Risø har

kopieret denne struktur over i et polymer materiale

(nederste billede) og undersøger i øjeblikket, om celler

genkender dette kunstige miljø som et naturligt.

Illustration: Forskningscenter Risø.

genbruges. Ønsket er derfor et polymert

grundmateriale, der kan bruges til

både emballage og andre produkter.

Materialet skal kunne nedbrydes fuldstændigt

ved en simpel kemisk eller

fysisk behandling uden at forurene. Et

sådant materiale vil kunne gøre debatten

om affald overflødig.

Nanoteknologi

Mennesket har altid forsøgt at efterligne

naturens måde at gøre tingene på, men

det er stort set aldrig lykkedes at kopiere

metoderne direkte. Der er hele tiden

tale om simplificerede løsninger på problemer,

som naturen egentlig håndterer

bedre selv.

Et område, der måske kan være

med til at øge forståelsen for, hvordan

naturen løser problemer, er undersøgelser

af biologiske strukturer på nanoskala,

mener Klaus Bechgaard (en nanometer

er en milliontedel af en milimeter).

Mange af de store forståelsesmæssige

problemstillinger ligger inden for biologien.

Her kan fysikerne med deres store

instrumenter og analyseudstyr måske

hjælpe til. Det handler i første omgang

om at forstå, hvordan naturen løser en

række opgaver ved hjælp af komplicerede

strukturdannelser. Derefter skal

man så kunne reproducere disse strukturer,

så de kan bruges til produktion af

maskiner eller materialer, der kan efterligne

de biologiske processer. Det er

ikke sikkert, at denne forskning vil føre

noget revolutionerende med sig, men

muligheden er der.

Grønkorn og solceller

Et eksempel er solceller. De solceller, vi

kender i dag, kan overhovedet ikke konkurrere

med plantecellers grønkorn, når

det handler om at udnytte sollysets energi.

Her kan nanoteknologien måske være

til hjælp. Ved at få billeder af de meget

små detaljer, der styrer grønkornenes

opbygning og håndtering af solenergien,

Humane celler bruger bl.a. bindevævsproteinet kollagen

til at genkende sine omgivelser. Det sort/hvide

billede viser tråde af kollagen, der er lagt ud på et

stykke plast for at efterligne bindevæv i kroppen.

Cellen mærket med grønt genkender trådene som en

del af dens naturlige miljø.

Illustration: Forskningscenter Risø.

kan man måske fremstille solceller bygget

op omkring de samme strukturer som

grønkornenes. Det vil forhåbentlig kunne

give solceller, der kan udnytte en meget

større del af sollysets energi.

Mønsterdannelser på 5 nanometer

Et af de store mål for Klaus Bechgaard er

at kunne lave mønsterdannelser på

nanoniveau (helt ned til 5 nanometer),

der kan reproduceres. Et af resultaterne

vil blandt andet være endnu hurtigere

computere, selv om Klaus Bechgaard

egentlig ikke vil kalde det for et fremskridt.

For hvorfor skal computerne være

hurtigere? Hvis man derimod kan forstå

helt præcist, hvordan en svamp holder

sig fast på en overflade, er der mulighed

for at forhindre dette. Man kan designe

materialernes overflader, så svampe ikke

længere kan holde sig fast. Det ville spare

miljøet for en masse uønskede stoffer,

der i dag bruges til overfladebehandling

mod svampeangreb.

”Kun fantasien sætter grænsen for,

hvad nanoteknologien måske kan bruges

til. Vi tror, vi kommer til at bruge

denne teknologi til utrolig meget i fremtiden,

men vi ved det ikke. Det skal vi i

gang med at undersøge nu. Netop

sådanne opgaver er med til at gøre

grundforskning spændende og sjovt. Og

det er jo sådan vi gerne vil have det”,

slutter Klaus Bechgaard.

Af KENNETH AUKDAL,

Afdelingen for Informationsservice

RISØ NYT 1/00

11


Det 21.århundredes

miljøvenlige grønne revolution

Der stilles store krav til

fremtidens planteafgrø-

der. De skal kunne

ernære en voksende

befolkning. De skal være

vores vitaminpiller, kon-

struktionsmaterialer,

kemikalieråstoffer og

energileverandør. Sidst

men ikke mindst må de

ikke skade miljøet

12 RISØ NYT 1/00

Ønskesedlen til fremtidens planteafgrøder

er langt fra beskeden: Jordens befolkning

vokser støt og dermed behovet for sunde

fødevarer. Landbrugsarealerne vokser kun lidt,

så vi skal trylle flere afgrøder ud af ca. de samme

arealer uden at ødelægge naturens balancer

og med et minimalt forbrug af gødning og

sprøjtemidler. Med naturvidenskabens samlede

arsenal af nye teknikker og metoder er ønskesedlen

ikke urealistisk.

Kemien gav 50ernes grønne revolution

I 50erne så verden den første grønne revolution

i planteproduktionen. Mellem 1950 og

1990 voksede udbyttet af korn pr. hektar således

støt med 2% om året. Det flotte resultat

byggede mest af alt på en voldsom vækst i

forbruget af agrokemiske hjælpestoffer som

kunstgødning og pesticider og i mindre

omfang på forædling af planter. Desuden satsede

man hårdt på meget få arter med det

resultat, at mindre end 15 plantearter danner

grundlaget for mere end 75% af verdens produktion

af fødevarer. Det kan blive en

boomerang i tilfælde af fx klimaforandringer.

Grønne takter i næste revolution

I løbet af de næste 20 år ventes den globale

efterspørgsel efter korn at stige med 40%,

hvilket langt fra kan imødekommes med nuti-

Ønskesedlen til fremtidens planteafgrøder er langt fra beskeden.

Det handler om at trylle flere afgrøder ud af ca. de samme arealer

uden at ødelægge naturens balancer og med et minimalt forbrug

af gødning og sprøjtemidler. Med naturvidenskabens samlede

arsenal af nye teknikker og metoder er ønskesedlen ikke urealistisk.

Foto: Bert Wiklund.

dens jordbrug. Kun gennem en ny og miljøvenlig

grøn revolution kan vi sikre sund mad

til at mætte jordens voksende befolkning.

Denne gang klarer vi det ikke med mere kemi,

nu er der brug for en helt ny slags grøn revolution,

der gør planterne til supereffektive

kemiske fabrikker. De skal udnytte lys og tilgængelige

næringsstoffer langt bedre end

nutidens planter. De supereffektive planter skal

samtidig være mere robuste over for fx vandmangel

og sygdomme. Sidst, men ikke

mindst, skal de have en højere ernæringsmæssig

kvalitet.

Skal trække mere energi

ud af sollyset

En miljøvenlig vej til større udbytte på samme

areal er at udvikle supereffektive planter, der er

i stand til at trække mere energi ud af solen.

Gennem dybtgående viden om planters fotosyntese

kan der udvikles planter, der er mere

effektive til at omdanne luftens kuldioxid til

plantebiomasse, som planten oplagrer både

over og under jorden. Her ligger der virkelig

en gevinst som kan føre til en dramatisk stigning

i den globale produktion af plantemateriale

til fødevarer og til en lang række andre formål.

Fx vil disse planter kunne erstatte de

petrokemiske produkter, vi kender i dag og de

kan danne grundlag for en betydelig produktion

af energi.

Fungerer også som vitaminpiller

Fejlernæring på grund af mangel på proteiner,

mineraler, mikronæringsstoffer eller vitaminer

vil kunne udryddes ved hjælp af fremtidens

nye plantelinjer, der foruden at mætte også

fungerer som vitamin- og mineralpiller. Ved at

anvende den ny teknologi sammen med viden

om menneskers ernæringsmæssige behov vil

man kunne udvikle plantelinjer, som direkte er


Den kemiske grønne revolution

I perioden 1950 - 1990 fik vi på verdensbasis langt større

kornudbytte pr. hektar, forbruget af kunstgødning steg i

nogenlunde samme takt, mens det samlede dyrkede areal faldt

Kilogram

30

3000

20

2000

10

1000

Kunstgødning

Udbytte pr

hektar

Hektar

1950 1960 1970 1980 1990 2000

designet til at sikre mod kostbetingede

mangelsygdomme. De nye planter vil

nemlig kunne designes til at indeholde

kulhydrater, aminosyrer, proteiner, fedtstoffer,

mineraler, mikronæringsstoffer og

vitaminer i de perfekt afmålte mængder

og de rigtige indbyrdes forhold.

Holder på det gode

De nye nytteplanter er designet til at

være superøkonomiske med næringsstofferne.

De vil være meget effektive til at

optage, omsætte og udnytte de naturligt

forekommende makro- og mikronæringsstoffer,

der findes i planternes omgivende

miljø. De vil være lige så økonomiske

med de næringsstoffer, som vi tilfører

afgrøderne for at kunne udnytte planternes

nye og stærkt forbedrede produktivitet.

Deres blade afgiver ingen kvælstof til

luften, og planternes rødder holder effektivt

på plantenæringsstofferne, så kun

meget små mængder næringsstoffer kan

udvaskes til grundvandet. Den stærkt forbedrede

effektivitet i planternes optagelse

og omsætning af næringsstoffer betyder,

at planteproduktionen kan foregå

næsten uden forurening af det omgivende

miljø - jorden, luften og vandet.

Skal både give mad, medicin og

materialer

Planterne bliver et af fremtidens vigtigste

råstoffer og vil dække en stigende del af

det moderne samfunds behov. Foruden

at tjene som fødevarer og husdyrfoder vil

planter kunne udvikles til at producere

store mængder af komplicerede og

meget værdifulde organiske stoffer, som

kan danne grundlag for fremstilling af

0,3

0,2

Dyrket areal

0,1

Kilde: United States Department of Agriculture

biomaterialer, forskellige kemiske produkter,

komplekse organiske forbindelser og

medicinalvarer. Planter vil fx kunne bidrage

til at imødekomme det stigende

behov for antistoffer.

Planteproduktionen vil blive grundlaget

for mange produkter vi i dag får fra

den petrokemiske industri. Et af de store

krav til fremtidens produktion af fødevarer

og forbrugsgoder vil være, at alt skal

kunne genanvendes. Derfor skal planteproduktionen

indgå i lukkede stofkredsløb,

hvilket betyder at alle produkter skal

kunne nedbrydes og indgå i de naturlige

økologiske kredsløb.

Nye nytteplanter designes på supercomputere

Computerdesign vil holde sit indtog, når

nye planteegenskaber skal fremavles.

I dag er supercomputerne blevet så kraftige,

at det ligger inden for mulighedernes

rækkevidde at analysere og udnytte

de enorme datamængder, den moderne

bioteknologi producerer. Den forøgede

computerkraft og ny viden inden for bioinformatik

skal bruges til at modellere og

designe de egenskaber, nye afgrøder skal

have i den miljøvenlige grønne revolution.

Flere nytteplanter gør os mindre

sårbare

Ved at undersøge hvorledes naturlige

organismer løser forskellige problemer,

og hvordan levende organismer producerer

enzymer, vitaminer, hormoner o.

lign. kan vi indsamle viden og ideer til

løsning af fremtidens behov. Det er i dag

muligt at efterligne og udnytte naturlige

biologiske organismers processer og

mekanismer ved at flytte gener fra de

organismer som besidder de ønskede

egenskaber over i afgrøder eller potentielle

afgrøder. Med den ny viden og nye

bioteknologiske metoder vil det også

være muligt meget hurtigt at gøre nye

arter af planter egnet til dyrkning. På

Fremtidens nytteplanter er også kemiske fabrikker. Allerede nu har amerikanske forskere skabt kartofler med et indsat

gen, der vaccinerer mod kolera. Baggrundsfoto: Michael Fischer.

Målrettet planteforædling kan bl.a. ske med automatiseret

detektion af små dna fragmenter ved hjælp af

fluorescens farvestoffer. Det giver en hurtig lokalisering

af genetiske markører, dvs. en slags mærkesedler på

generne, som kan bruges til at fremavle sorter med

ønskede egenskaber. Med brug af supercomputere vil

man kunne overskue et voksende antal kombinationer

og muligheder. Foto: Boye Koch.

denne måde øges diversiteten i det genetiske

grundlag for fødevareproduktionen,

som derved bliver mindre sårbar over for

ændringer i det globale klima.

Forbrugernes behov i centrum

Etiske overvejelser og vurdering af mulige

konsekvenser for naturen og samfundet af

nye planter og produkter vil være meget

væsentlige elementer i den miljøvenlige

grønne revolution. Producenterne af fødevarer

og forbrugsgoder vil fremover skulle

tage mere hensyn til forbrugernes behov og

ønsker til nye produktionsmetoder og produkter

fx fødevarer.

Ved markedsføringen af fx gensplejsede

majs og raps er fordelene først og fremmest

kommet producenterne til gode. Det er en

af de væsentligste årsager til forbrugernes

bekymring for anvendelsen af genteknologi

i dag. Ved at sætte forbrugerens behov og

miljøet i centrum, vil der komme en større

forståelse for og accept af behovet for at

anvende ny teknologi f.eks. gensplejsning.

Af afdelingschef ARNE JENSEN,

Afdelingen for Plantebiologi og Biogeokemi

RISØ NYT 1/00

13


Vor radioaktive

klode

Radioaktivitet og

stråling er en naturlig

og uundgåelig del af

livet på jorden, både på

godt og ondt. Meget

tyder på, at disse natur-

nomener byder på fle-

re fordele i fremtiden

14 RISØ NYT 1/00

Radioaktivitet og røntgenstråling blev opdaget

for godt hundrede år siden. Erkendelsen

af, at vores klode er radioaktiv førte os

frem til et helt nyt verdensbillede inden for

videnskab, teknologi og politik. Strålingen fik

hurtigt gavnlige anvendelser i lægevidenskaben,

men den nukleare teknologi viste sig at

være et tveægget sværd. Atomenergien gav os

en helt ny energikilde, som i størrelse kunne

sammenlignes med kul og olie - og samtidigt

en militær teknologi med en hidtil uset

destruktiv kraft.

Denne dobbelthed kom til at præge sidste

halvdel af det tyvende århundrede. Atomenergien

er taget i brug i mange lande og i dag er

17% af verdens elproduktion baseret på kernekraft.

Men dobbeltheden består og stednavnene

Hiroshima og Nagasaki vil altid være knyttet

til atomenergiens altødelæggende militære

kraft. Også den fredelige udnyttelse af atomenergien

vækker bekymring hos mange, en

bekymring, som blev forstærket af Tjernobylulykken

i 1986.

Mikrostrålevåben mod kræftsyge

celler

I det nye århundrede vil radioaktive stoffer og

ioniserende stråling fortsat blive anvendt inden

for forskning, medicin og industri. Radioaktivitet

og stråling kan måles med stor præcision

og anvendes meget fleksibelt. På det medicinske

område kan man fx forestille sig at styre

strålingen på mikroniveau, så den med høj

præcision rammer hver enkelt kræftcelle.

I hundrede år har vi vidst, at jorden er radioaktiv. Alligevel

er det en almindelig opfattelse, at radioaktivitet er farlig,

selv i forsvindende små mængder. Den opfattelse holder

ikke i det lange løb. Som for så meget andet, vi udsættes

for, gælder det også for radioaktivitet, at risikoen er et

spørgsmål om dosis. Foto: FOCI Image Library.

Det vil betyde, at man i langt højere grad end

i dag vil kunne uskadeliggøre kræftceller med

et minimum af skade på omkringliggende sunde

celler.

Sikre kernekraftværker

Atomenergien er kommet for at blive, især

hvis det fremover viser sig, at CO2 problemet

er så reelt, at der bliver brug for at udnytte

både atomenergi og vedvarende energi så

meget som muligt for at mindske brugen af

fossilt brændsel. I de næste 10-20 år vil der

blive udviklet nye reaktortyper, udtjente anlæg

vil blive nedlagt og der vil blive taget stilling til

slutdeponering af radioaktivt affald. I løbet af

de nærmeste år vil de første slutdepoter blive

godkendt, hvor Finland formentlig kommer

først med en løsning.

Automatisk overvågning af radioaktiv

forurening

I Danmark forsker vi ikke i udvikling af nye

reaktortyper. Derimod opretholder vi en

grundlæggende nuklear viden med vægt på

nuklear sikkerhed, strålingsbeskyttelse, beredskab

og radioaktivitet i miljøet, og vi forsker i

den videre udvikling og anvendelse af nukleare

metoder.

Ulykker og uheld med spredning af radioaktive

stoffer kan fortsat ikke udelukkes, så det

vil kræve opretholdelse af nationale nukleare

beredskaber. I den videre udvikling af beredskabssystemer

spiller informationsteknologien

en afgørende rolle. Disse systemer omfatter


avancerede overvågningsteknikker med

automatiske målesystemer, data- og

informationsudveksling og matematisk

modellering af spredning og deponering

af radioaktivt materiale.

Sikker viden om strålingens biologiske

virkning

Inden for strålingsbeskyttelsen vil der i

løbet af de næste 20 år ske et gennembrud

i vor viden om virkningen af lave

strålingsdoser på biologiske systemer.

Allerede nu forskes der intenst i strålingens

virkninger på molekylart niveau, fx

med undersøgelser af, hvordan forskellige

typer stråling direkte kan påvirke DNAmolekyler

og hvorledes genetiske forhold

kan påvirke biologiske systemers følsomhed

for strålingsskader.

Når vi skal vurdere den risiko, der

er forbundet med lave strålingsdoser,

sker det ved epidemiologiske undersøgelser

af befolkninger, der har været

udsat for stråling. Man sammenligner

den udsatte befolknings sundhedstilstand

med en kortlægning af de

strålingsdoser folk har fået for år tilbage.

Det er derfor meget vigtigt at kunne

foretage pålidelige bestemmelser af

disse doser fra fortiden. Til dette formål

udvikles der metoder til såkaldt retrospektiv

dosimetri. Her er Risø førende i

udviklingen af luminescens-dosimetri,

hvor man måler, hvor stor en strålingsdosis,

der er akkumuleret i folks omgivelser,

fx i mursten i deres huse. Udviklingen

på dette område er meget lovende

og vil fortsætte i de kommende år.

Beskyttelse mod radioaktivitet i

mad og drikke

Erfaringerne har vist, at selv en lille forurening

af fødevarer eller drikkevand kan

vække betydelig uro og dermed få store

økonomiske konsekvenser. Det gælder

også, hvis der er tale om radioaktiv forurening.

Vi skal derfor fortsat kunne vurdere

konsekvenserne af en radioaktiv forurening

hurtigt og effektivt, såvel når der

kan være tale om strålingsdoser med en

mulig sundhedsmæssig betydning som

ved meget lavere doser. Dette forudsætter

en detaljeret viden om, hvordan

radioaktive stoffer spredes og omsættes i

naturen, og hvordan man måler deres tilstedeværelse

og bestemmer deres koncentration

i miljøprøver. Inden for radioøkologien

vil der i fremtiden fortsat være

behov for direkte målinger af radioaktivitet,

men også andre målemetoder som

massespektrometri vil i stigende grad blive

taget i anvendelse.

Bedre måleteknikker

Nukleare metoder anvendes i dag til mange

formål inden for forskning, industri og

medicin. Det gælder sensorteknik baseret

på ioniserende stråling, strålingssterilisering

af bl.a. medicinsk udstyr og en række

diagnostiske metoder. Potentialet for en

fremtidig udvikling på disse områder er

stort. Fx kan anvendelse af betastråling

kombineret med avanceret computerana-

Risø er førende i udviklingen af luminescens-dosimetri,

hvor man måler, hvor stor en strålingsdosis, der er

akkumuleret i folks omgivelser, fx i mursten i deres

huse. Udviklingen på dette område er meget lovende

og vil fortsætte i de kommende år.

Foto: Boye Koch.

På det medicinske område kan man fx forestille sig at

styre strålingen på mikroniveau, så den med høj præcision

rammer hver enkelt kræftcelle. Det vil betyde, at

man i langt højere grad end i dag vil kunne uskadeliggøre

kræftceller med et minimum af skade på omkringliggende

sunde celler.

Foto: FOCI Image Library.

lyse af beta-spektre give nye muligheder i

medicinsk diagnostik, og neutronaktiveringsanalyse

vil kunne anvendes endnu

mere end i dag som en sikker referencemetode

til bestemmelse af, hvor meget vi

eksponeres for en række grundstoffer i

indåndingsluften i arbejds- eller fritidsmiljøet

eller fra vore fødevarer. Inden for miljøforskning

kan både menneskeskabte og

naturligt forekommende radioaktive isotoper

anvendes som sporstoffer for transportprocesser.

Øget anvendelse af disse

isotopteknikker vil forbedre forståelsen af,

hvorledes forurening spredes og omdannes

i miljøet, og danne baggrund for en

pålidelig risikovurdering.

Radioaktivitet på godt og ondt

I hundrede år har vi vidst, at jorden er

radioaktiv. Alligevel er det en almindelig

opfattelse, at radioaktivitet er farlig, selv i

forsvindende små mængder. Den opfattelse

holder ikke i det lange løb. Som for

så meget andet, vi udsættes for, gælder

det også for radioaktivitet, at risikoen er

et spørgsmål om dosis. Om hundrede år

har vi glemt, at radioaktivitet og stråling

engang var så følsomme emner, at det

kunne hæmme en rationel udnyttelse.

Til den tid vil man også på dette område

bruge alle de muligheder, naturen og

naturlovene forærer os.

Af afdelingschef BENNY MAJBORN,

programleder ANDERS DAMKJÆR og

programleder SVEN P. NIELSEN

Afdelingen for Nuklear Sikkerhedsforskning

RISØ NYT 1/00

15


marts 2000

RISØ NYT

RisøNyt udgives af

Forskningscenter Risø,

Frederiksborgvej 399,

Postboks 49, 4000 Roskilde

Telefon 4677 4677 (Hovednr.)

4677 4021 (Redaktionen)

4677 4014 (Abonnementsændr.)

Telefax 4677 4013

E-mail risoe@risoe.dk

Internet Dette nummer af RisøNyt

og anden aktuel information fra Risø

findes på internettet under adressen

www.risoe.dk

Besøg Risø arrangerer rundvisninger

alle ugens dage for grupper på

10-50 personer.

Se mere om besøgscentret på Risøs

internetadresse (se ovenfor).

Henvendelse om besøg sker på

tlf. 4677 4022, senest en måned

inden den ønskede besøgsdato.

Besøg på hverdage koster 25 kroner

for voksne og 10 kroner for skoleelever.

Lørdag og søndag koster besøg

1200 kroner uanset gruppens

størrelse, dog maks. 50 personer.

Bibliotek Risø Bibliotek har en lang

række elektroniske informationsprodukter

og rummer omfattende samlinger

af teknisk og naturvidenskabelig

litteratur. Biblioteket er offentligt

tilgængeligt og har åbent dagligt

mellem 8.30 og 16.00, fredag dog

mellem 8.30 og 15.30.

ISSN 0108-0350

Redaktion Leif Sønderberg

Petersen (Ansv.)

Sekretær Inge Ilsøe

Oplag 7.000

Layout Punkt & Prikke

Repro og tryk Holbæk Center-Tryk

RisøNyt bringer aktuel information

om forskningen på Risø. Bladet

udkommer fire gange årligt og sendes

bl.a. til myndigheder, erhvervsvirksomheder,

presse, uddannelsesinstitutioner,

biblioteker og Risøs

medarbejdere.

Alle kan tegne et gratis abonnement

ved at bruge kuponen i bladet.

Artikler i RisøNyt kan eftertrykkes

med forfatterens tilladelse samt kildeangivelse.

www.risoe.dk

mere information

nyt design

Risøs website træder

ind i 2000 i en

kraftig fornyet udgave.

Blandt de nye emner

er Produkter & Service,

der er websider

specielt beregnet for

Risøs voksende antal

erhvervskunder og

deres særlige behov for

at kunne overskue

Risøs mange tilbud til

erhvervslivet.

Også rettet mod

vore kunder er websiderne

om RisøVærksted,

hvor Risøs tilbud

om brug af de mange

avancerede værkstedsfaciliteter bliver præsenteret.

Nyt er også websiderne Miljø og Sikkerhed.

Her findes dokumentation for, hvordan

vi opretholder en god sikkerhedskultur på

Risø. Her findes også en liste over aktuelle

sager af relevans for Risøs miljø- og sikkerhedsforhold.

Designet er ændret for at gøre siderne

grafisk enkle og så overskuelige som muligt.

Gratis abonnement

Ny abonnent: Jeg ønsker at abonnere på Risø Nyt.

Navn og adresse er anført herunder.

Jeg ønsker ikke længere at abonnere på RisøNyt.

Navn og abonnementsnummer er anført herunder.

Jeg har skiftet adresse.

Den nye adresse og abonnementsnummer er anført herunder.

Abonnementsnummer (tallene efter KHC) ................................................................

Navn .................................................................................................................................

Adresse ............................................................................................................................

Postnummer og by ....................................................................................................

Du kan også faxe kuponen til 46 77 40 13 eller sende en e-mail til janne.thygesen@risoe.dk

Det har været vigtigt for os, at siderne er hurtige

at få ind på skærmen, og at det er let at

søge og navigere rundt i alle afkroge af Risøs

meget omfattende website. Det er designbureauet

Grafikerne i København, der har lagt

rammerne for det nye design.

Tag en rundtur og find ud af, hvor meget

Risø i øvrigt har at tilbyde. Blandt andet finder

du også en web-udgave af RisøNyt og

mange andre nyheder. God fornøjelse.

Husk

frimærke

Forskningscenter Risø

Afdelingen for

Informationsservice

Bygning 115

Postboks 49

4000 Roskilde

More magazines by this user
Similar magazines