Framtidens Forskning - Stiftelsen för Strategisk Forskning
Framtidens Forskning - Stiftelsen för Strategisk Forskning
Framtidens Forskning - Stiftelsen för Strategisk Forskning
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
© NextMedia<br />
Artificiell fotosyntes visar vägen<br />
mot framtidens energi<br />
Solkraftens potential är i det närmaste oändlig och forskningen inom området<br />
går framåt med stormsteg. Resultat på KTH visar redan i dag början på<br />
tekniker som helt kan utvecklas vidare och lösa framtidens energi<strong>för</strong>sörjning.<br />
När professor i artificiell fotosyntes Licheng<br />
Sun inledde sin forskning kring<br />
solenergi <strong>för</strong> 20 år sedan hade han aldrig<br />
väntat sig att området<br />
skulle utvecklas i en sådan<br />
rasande fart. Den teknik och<br />
de metoder som i dag finns<br />
tillgängliga har banat väg <strong>för</strong><br />
banbrytande forskning kring<br />
solkraftens möjligheter. Suns<br />
arbete är fram<strong>för</strong> allt inriktat<br />
på artificiell fotosyntes och<br />
i nuläget är utmaningen att<br />
skapa tillräckligt bra katalysatorer<br />
<strong>för</strong> att på ett adekvat<br />
sätt kunna efterlikna naturlig fotosyntes.<br />
– De senaste 20-30 åren har forskare<br />
världen över kämpat <strong>för</strong> att skapa en<br />
bra molekylär katalysator. Knäckfrågan<br />
är inte att efterlikna naturlig fotosyntes,<br />
utan att få reaktionen att uppnå<br />
tillräckliga hastigheter. Det är <strong>för</strong>st de<br />
senaste åren som vi nått tillräckliga<br />
framgångar – <strong>för</strong> blott ett par år sedan<br />
Licheng Sun, professor i<br />
artificiell fotosyntes.<br />
En modell som <strong>för</strong>enklat visar hur artificiell fotosyntes fungerar.<br />
Illustration: Dr. Lele Duan<br />
var den högsta uppmätta hastigheten<br />
på oxidering av vatten till syrgas bara<br />
5 utbyten per sekund med vatten med<br />
pH-värde 8; i forskningen<br />
här på KTH har vi nyligen<br />
uppmätt hastigheter som är<br />
enormt mycket snabbare,<br />
hela 300 utbyten per sekund<br />
med pH-värde 1. Detta står<br />
i paritet med den hastighet<br />
som naturlig fotosyntes II<br />
har, nämligen max 400 reak-<br />
tioner per sekund. Det är ett<br />
enormt genombrott, berättar<br />
Sun.<br />
Fossila bränslen uttömliga<br />
I dagsläget baseras mer än 80 procent av<br />
energisystemet på fossila bränslen såsom<br />
olja, naturgas och kol. Mindre än 20 procent<br />
kommer från icke-C-baserade energikällor<br />
såsom kärnkraft, vattenkraft,<br />
vindkraft och solkraft, ett <strong>för</strong>hållande<br />
som i längden är ohållbart.<br />
– Huruvida fossila bränslen är orsaken<br />
till klimat<strong>för</strong>ändringar eller ej spelar<br />
egentligen ingen roll i det här sammanhanget<br />
– hur man än ser på världens energi<strong>för</strong>sörjning<br />
är dessa källor uttömliga<br />
och kommer inte att räcka i evighet. Hur<br />
möter vi en sådan utmaning? Som forskare<br />
kan man inte låta en sådan situation<br />
fortgå och då måste vi titta närmare på<br />
andra alternativ.<br />
Varje timme tar jorden emot solenergi<br />
i tillräckliga mängder <strong>för</strong> att <strong>för</strong>sörja<br />
hela jordens energibehov i ett helt år. Licheng<br />
Sun <strong>för</strong>klarar att om man kan utveckla<br />
en teknik som fångar upp bara en<br />
eller två procent på ett lämpligt sätt och<br />
till en rimlig kostnad, så kommer denna<br />
teknik att lösa energiproblemen helt.<br />
– Solen är en makalös kraftkälla och<br />
lyckas man tämja den till ens en bråkdel<br />
är det slut på koldioxidutsläpp, oro <strong>för</strong><br />
kärnkraftshaverier och luft<strong>för</strong>oreningar.<br />
Efterliknar fotosyntes<br />
Den forskning kring artificiell fotosyntes<br />
som Sun bedriver är ett led i att utveckla<br />
en dylik teknik. Han är övertygad om att<br />
hans arbete i framtiden kommer att generera<br />
ett giltigt alternativ <strong>för</strong> att ersätta<br />
befintliga energiproduktionstekniker.<br />
– Detta är nästa steg i vår energiproduktion<br />
och kan vi utveckla användbara metoder<br />
så kommer de utan svårighet att kunna<br />
ersätta fossila bränslen. Flaskhalsen inom<br />
artificiell fotosyntes har dock bland annat<br />
varit just problemet att skapa en effektiv<br />
katalysator som möjliggör vattenoxidationsreaktioner<br />
i höga hastigheter.<br />
i<br />
Annons<br />
33<br />
Under miljoner år har naturen omvandlat<br />
solenergi till biomassa i form av<br />
föda och växtnäring, men den effekt som<br />
växterna utvinner är låg. Artificiella versioner<br />
av denna process skulle potentiellt<br />
kunna ta tillvara många gånger mer än<br />
naturen kan.<br />
– Vi behöver inte ut<strong>för</strong>a exakt samma<br />
sak som naturen gör, utan bara efterlikna<br />
funktionen. I dag kan vi framkalla dessa<br />
reaktioner i vatten – nästa steg är att skapa<br />
ett maskineri som tillåter oss att göra<br />
det med hjälp av olika nano-material.<br />
Starka forskningsplattformar<br />
Licheng Sun arbetar redan med att utveckla<br />
en sådan apparat och har stort<br />
utbyte med forskare från andra lärosäten<br />
genom olika forskningsplattformar,<br />
bland annat Centre of Molecular Devices<br />
och Swedish Consortium for Artificial<br />
Photosynthesis. Ett par av dessa forskare<br />
– Stenbjörn Styring och Björn Åkermark<br />
– var orsaken till att han i början<br />
av 1995 <strong>för</strong>lade sin forskning till Sverige.<br />
– Jag har turen att få arbeta med<br />
mycket engagerade och skickliga forskare<br />
från bland annat universiteten i Uppsala,<br />
Stockholm och Lund inom dessa<br />
plattformar. Det finns stor internationell<br />
konkurrens inom området och Sverige är<br />
ett litet land, så det gäller att fokusera på<br />
de områden som ger oss störst nytta in<strong>för</strong><br />
framtiden. Kanske är jag optimistisk,<br />
men jag tror att vi kommer att kunna<br />
producera teknik i stor skala som åtgärdar<br />
många av våra energiproblem redan<br />
inom tio år, avslutar han.<br />
Licheng Suns forskargrupp inriktar<br />
sig i huvudsak på solceller och<br />
solbränslen, med särskilt fokus på<br />
bland annat artificiell fotosyntes.<br />
<strong>Forskning</strong>en bedrivs vid Center<br />
of Molecular Devices, som är en<br />
samarbetsplattform mellan Kungliga<br />
Tekniska högskolan i Stockholm, Uppsala universitet<br />
samt det industriella forskningsinstitutet Swerea IVF i<br />
Mölndal. Tillsammans med professor Lars Kloo på KTH<br />
driver Sun också ett gemensamt forskningscenter mellan<br />
KTH och Dalian University of Technology (DUT) i<br />
Kina. <strong>Forskning</strong>en finansieras via Energimyndigheten<br />
och Wallenbergstiftelsen samt Vetenskapsrådet.<br />
KTH Royal Institute of Technology<br />
SE-100 44<br />
Stockholm, Sweden<br />
Tel: +46 8 790 60 00<br />
www.kth.se/en/che/divisions/orgkem/research/lichengsun