Dynamo 47

D E T B L I ’ R T I L N O G E T

47

12

16

DA N M A R K S TE K N I S KE U N I VE R S I TE T

TE M A

Forskningen i vind­teknologi skal fortsætte, hvis Danmark skal bevare sin førerposition.

Vi sætter fokus på

VIND FRANK S . BATES , PROFE SSO R, FO RSKE R I BÆRE DYGT I GE P O LYM E RE R :

”Vi kan ikke lukke øjnene for, at plastik hober sig op i vores oceaner.”

N Y TE K N OLOGI:

OPTISK SENSOR S P IL D E VAN DSA NALYSE

SPORER NARKO I KLOAKKEN E N KE L P RO G RA MMERING:

Børn bygger robotter S P IN O U T U DVIKLER

LAB-ON-A-CHIP TIL DYRLÆGER

02

LE DE R

IN D H O L D

10

Succes kræver vedholdenhed I april 2011 fik DTU grønt lys til at ansøge om at etablere en vindtunnel på Risø Campus. Medio 2012 var finansieringen på plads, hvorefter en toårig designfase gik i gang. I sommeren 2016 kunne DTU sætte en symbolsk spade i jorden og fejre, at byggeriet bliver realiseret. I skrivende stund forventer vi, at vindtunnellen bliver leveret i juli 2017.

Dernæst skal vores forskere bruge stort set resten af året på at sætte måleudstyr op, kalibrere og teste, så faciliteten lever op til vores ambition om at være verdens bedste vindtunnel. I starten af 2018 står den altså klar til alverdens vindforskning – næsten syv år efter at processen gik i gang.

Vindtunnellen er et glimrende eksempel på, hvordan udvikling af teknisk tunge forskningsfaciliteter har lange tidshorisonter. Sådan er det også med forsknings- og innovationsprojekter. Det kræver mange år at opbygge et forskningsområde i verdensklasse. Og det kræver vedholdenhed.

Ikke kun fra forskernes side, men også fra bevillingsgivernes side. Der er brug for langsigtede investeringer, hvis vi skal sikre fortsat udvikling af vindmølleteknologien.

Dansk vindforskning er stadig blandt verdens førende, men faren ved succes er, at man begynder at tage den for givet. Vi er bekymrede for, om det er tilfældet med vindenergiområdet. For de offentlige bevillinger til vindforskningen er begyndt at fluktuere lige så meget som vinden selv. Der er ikke længere tale om et vedvarende investeringsniveau inden for vindforskningen.

Alt imens er udlandet de senere år begyndt at investere kraftigt i vindsektoren.

De har opdaget, hvilken vej vinden blæser, nemlig i retning af en global intensivering i opsætning af vindmøller. Danmark må ikke søge ind i læsiden nu. Det har krævet enorme investeringer og vedholdenhed at opbygge dette førende forskningsområde, og det vil kræve lige så meget at forblive i spidsen.

Anders Bjarklev Rektor

VIND

TEMA

– eller vi taber

Vindsektoren oplever usikkerhed omkring forskningsbevillinger og investeringer i vindprojekter.

Det er skadeligt for den langsigtede udvikling.

Og det bekymrer institutdirektør på DTU. Læs hans uddybende kommentarer side 10.

09 NYT OM U D DAN N E LS E

04 S P IN O U T- VIR K S O M H E D

Lab-on-a-chip til verdens dyrlæger DTU’s første spinout, SMB, er netop blevet solgt til amerikanske Zoetis for mere end en halv mia. kr. Det lover godt for arbejdspladserne på virksomheden i Farum.

13 VIN DTE K N O LO GI

Fire-i-envindmøllen Hvis man vil være verdensførende på vindområdet, er det nødvendigt med stadig innovation. Se f.eks. Vestas bud på en radikalt anderledes vindmølle, som kan sikre, at virksomhedens møller forbliver konkurrencedygtige.

16 VINDTEKNOLOGI

Dansk teknologi revolutionerer vindmåling Jo større vindmøllerne bliver, jo vigtigere er det at vide præcist, hvordan vinden rammer møllens vinger. DTU’s vindskanner måler vindhastighed og turbulens i 3D og er efterspurgt verden over.

DYNAM O

47

12

1 6

03

UDGIVER Danmarks Tekniske Universitet Anker Engelunds Vej 1 2800 Kgs. Lyngby tlf. 45 25 25 25, dtu.dk ANSV. CHEFREDAKTØR Tine Kjær Hassager REDAKTØR Louise Simonsen, tlf. 45 25 78 41, lois@adm.dtu.dk ABONNEMENT dynamo@dtu.dk Magasinet udkommer fire gange om året DESIGN & PRODUKTION Datagraf Communications

28

ISSN 1604-7877 FORSIDEFOTO Panthermedia

I NTE RV I E W

Forsker i magiske materialer

22

40

Den amerikanske polymer-professor Frank S. Bates fortæller om materialer, der har helt særlige egenskaber.

S PI NOUT- V I RKSO M H E D

Nye optiske sensorer tåler ekstreme forhold

S P IN O U T- VIR K S OMHED

Nu kan børn selv bygge robotter

En ny teknologi betyder, at man kan fremstille sensorer, der er 1.000 gange så følsomme som de eksisterende af slagsen.

20

Specialudviklede byggeklodser og simpel programmering er grundlaget for en ny slags robotter til f.eks. undervisningsbrug.

KIG INDEN FOR PÅ DTU

E NE RGI O PT I M E RI N G

Nu slås dørene op til et nyt NMR-laboratorium.

Her kan man studere organiske molekyler og bestemme kemiske stoffers struktur.

Et skridt på vejen til grønnere skibsfart

19 VINDTE KNOLOGI

Løsningen lå i Ikealampen Efter en tur i varehusets lampeafdeling gik DTU-professoren hjem og tegnede en skitse til en 3D-vindskanner.

38

27

NYT OM FO RS K N IN G S BAS E RE T R ÅD G IVN IN G

34

En ny teknologi kan omdanne spildvarme til strøm. En testsejlads med et nyt anlæg ombord har påvist, at teknologien kan være med til at nedbringe skibes energiforbrug og CO2-udledning.

26

S P IL D E VAN D SAN ALYS E

Ingeniører sporer stofmisbrug i kloakvand

N YT O M STA RT UP S

32

Under Distortion i København i 2014 steg kokain­ forbruget i hovedstaden til det 20-dobbelte.

Det kunne DTU-forskere med en ny metode aflæse i spildevandet på renseanlægget Lynetten.

AKU S T IK

Dansk forskning bag god koncertlyd Akustikforsker, opfinder og iværksætter Niels Werner Adelman-Larsen har udviklet membraner, der sikrer den optimale lyd til både klassiske og rytmiske koncerter.

44 ZOOM

På bagsiden går vi helt tæt på ... tjah, hvad er det egentlig?

04

SP I N O UT- V I RKSO M HE D

M I K RO FLUI DSYS TEM ER

DYNA MO

Scandinavian Micro Biodevices ApS (SMB) SMB er DTU’s første spinout-virksomhed. Den blev spundet ud fra DTU Nanotech (tidligere Mikroelektronik Centret) i 2000. I alt har DTU Nanotech stået for 26 spinout-virksomheder gennem instituttets 25-årige virke. 21 af virksomhederne eksisterer stadig og genererer til sammen en årlig omsætning på en halv mia. kr.

Heraf tegner eksporten sig for mere end 98 pct. Virksomhederne beskæftiger nu 430 personer.

S e liste n ove r sp in o u t-virksomheder her: l.dtu.dk/hwco

Lab-on-a-chip til verdens dyrlæger Spinout-virksomheden Scandinavian Micro Biodevices har gennemført rejsen fra renrummene på DTU til globalt gennembrud. Amerikanske Zoetis har netop betalt 536 mio. kr. for virksomheden.

Morte n An d e rse n U l r ik Jantze n

D

e seneste 20 år har mange talt om at lade brug og smid væk-analyser erstatte traditionel blodprøvetagning, hvor man skal vente længe på svaret. Nu er Farum-virksomheden Scandinavian Micro Biodevices (SMB) slået internationalt igennem med lab-on-a-chipteknologi, der hjælper dyrlæger med at stille en række af de vigtigste diagnoser for hunde, katte og heste. Virksom-

heden er netop opkøbt af en af verdens største leverandører af lægemidler og sundhedsløsninger til veterinært brug, amerikanske Zoetis, men bliver liggende i Farum. ”Vi har allerede godt fodfæste i USA og på flere europæiske markeder. Med den kapital, som Zoetis tilfører, og med deres globale salgskanaler kan vi tage det sidste vigtige skridt til global tilstedeværelse,” siger Ole Kring, administrerende direktør i SMB.

47

12

16

DTU

”Med den kapital, som Zoetis tilfører, og med deres globale salgskanaler kan vi tage det sidste vigtige skridt til global tilstedeværelse.”

OLE KRING, ADMINISTRERENDE DIREKTØR, SMB

Markedet for veterinære produkter udgør globalt omkring 30 mia. kr., og det vokser med ca. 8 procent årligt. ”Bare ved at fastholde sin markedsandel kan en virksomhed altså forvente en årlig vækst på 8 procent.

Vores ambitioner rækker dog længere.

Vi forventer at vokse med 20-30 procent årligt, så vi inden for en kortere årrække når op på en trecifret million­ omsætning målt i dollar,” siger Ole Kring.

Ud over indsprøjtningen af kapital indgår det i aftalen med Zoetis, at SMB skal udvide antallet af medarbejdere. Inden aftalen, som blev indgået i starten af august 2016, havde virksomheden 35 medarbejdere. ”Vi har allerede ansat de første fem nye medarbejdere, hvoraf tre har DTU-baggrund. Vi forventer at ansætte et tocifret antal ingeniører.

Men vi holder en smule igen med tempoet. Vi vil gerne sikre os, at virk-

SMB’s udstyr til lyntest af blod­ prøver hos husdyr består af et analyse­ apparat, der kan stå i dyrlægens klinik og en række lab-on-chips.

somhedens sjæl kan følge med,” siger Ole Kring.

Innovationshastigheden er afgørende SMB’s teknologi har to niveauer.

Det ene niveau er apparatet, der aflæser chippen. Det andet niveau er selve chippen. Her er der mange forskellige chips, afhængigt af hvilken dyreart man vil undersøge,

05

06

S P I NOU T - V I RKSOM HE D

MIKROFLU IDSYSTEMER

Start i renrum ved DTU SMB er født ud af den krise, som ramte den globale it-industri umiddelbart efter årtusindskiftet. Ole Kring var på det tidspunkt leder af NKT-koncernens datterselskab NKT Innovation, som har fostret en lang række danske virksomheder inden for informations- og kommunikationsteknologi og fotonik.

NKT’s ledelse indså dengang, at det ville være for dyrt at holde NKT Innovation kørende under de nye markedsvilkår. Selskabet blev derfor nedlagt. Fotonik-aktiviteterne blev samlet i den division, som i dag er NKT Photonics, mens andre aktiviteter blev indstillet eller solgt fra. SMB blev solgt til den amerikanske virksomhed Inverness Medical (som i dag hedder Alere).

Få år forinden var en stor DTU-satsning, Mikroelektronik Centret, blevet indviet. Det er det, der i dag hedder DTU Nanotech. En del af centret var et renrum, hvor komponenter på mikrometerskala kunne fremstilles i rene og støvfri omgivelser.

Det er det, der i dag hedder DTU Danchip. På Mikroelektronik Centret kunne virksomheder producere og teste mikroelektronik under de strenge krav til renhed, som gælder for denne type industri. Den mulighed udnyttede SMB. ”Det var godt for os at blive placeret i et miljø, hvor man forsker og udvikler inden for mikroelektronik,” siger Ole Kring.

Produktionen af både analyseapparater og lab-on-chips foregår på virksomheden i Farum. Og der er in­ gen planer om at flyt­ te den til udlandet.

DYN AMO

47

12

16

og hvilken sygdomsindikator man interesserer sig for.

Rummene i chippen er ekstremt snævre. Det er nødvendigt for at have styr på, hvordan blod og væske bevæger sig. Desuden er det forudsætningen for, at man kan nøjes med en ganske lille mængde blod. Faktisk er 10 mikroliter blod nok. Men ulempen er, at det kan være svært at opnå den ønskede opblanding mellem blodet fra prøven og en given reaktant i chippen. ”I mikrofluidsystemer er mange forhold kontraintuitive,” forklarer Niels Kristian Bau-Madsen, der står i spidsen for produktionen på SMB. ”Når man ikke kan forlade sig på sin intuition, vil man normalt ty til simulering. Vi udfører bestemt mange simuleringer, men nogle forhold er så komplekse, at udregningen kan tage en uges tid selv med en kraftfuld computer. Så er det hurtigere simpelthen at producere komponenten og hælde noget grøn og rød væske på og se, hvordan opblandingen sker.”

Farum-virksomhedens rekord er 24 timer fra 3D-design af en komponent til 1.000 færdige komponenter klar til afprøvning. ”Det har hele tiden været meget vigtigt for os, at vi hurtigt kunne producere faktiske komponenter, først på DTU og senere i vores egne renrum,” siger Niels Kristian Bau-Madsen. ”Innovationshastighed er afgørende.”

Ny prototype klar på to uger I 2006 købte medarbejderne SMB tilbage fra amerikanske Alere. I begyn-

07

DT U

”Incuba og Vecata har i øvrigt stået last og brast med os siden og hjulpet os – også med rådgivning. Det har været en meget positiv oplevelse. Aftalen kom i stand, få måneder før Lehman Brothers krakkede i USA, og finanskrisen startede. Jeg er ikke sikker på, at vi havde fået en aftale, hvis timingen havde været lidt anderledes. Det er også nødvendigt at være heldig for at lykkes.” ”Jo, men der er en klar tendens til, at jo hårdere du arbejder, jo heldigere bliver du,” bemærker Niels Kristian Bau-Madsen.

Et eksempel på det finder han fra SMB’s indtog på det amerikanske marked, som er det vigtigste i verden for veterinære produkter. Det var lyk-

”Det veterinære område er langt mere tilgængeligt mht. godkendelser mv. end det humane. Og der har været stabil vækst inden for veterinære produkter i lang tid.”

OLE KRING, ADMINISTRERENDE DIREKTØR, SMB

delsen var kapitalgrundlaget det, som medarbejderne selv var i stand til at rejse ved at tage lån i deres boliger og andre værdier. Det var dog efterhånden ikke tilstrækkeligt. Imidlertid lykkedes det i 2007 at tiltrække kapital fra de danske ventureselskaber Incuba og Vecata. ”Kapitaltilførslen var helt afgørende for, at vi overlevede,” siger Ole Kring.

kedes – med Ole Krings ord ’ved at være fræk som en slagterhund’ – at få lov til at demonstrere en prototype af analyseapparatet for en af de væsentligste amerikanske virksomheder, Abaxis. Amerikanerne var godt tilfredse med funktionen af prototypen, men brød sig ikke om farve og design.

På blot to uger lykkedes det at frem-

stille en ny prototype, der lignede et af Abaxis’ egne instrumenter nok til at ændre slagets gang.

Kombination af ungdom og erfaring Gennembruddet hos Abaxis startede en positiv spiral, som hurtigt gjorde SMB’s produkt kendt på markedet. Fra 2009 til 2015 voksede virksomheden med hele 30 procent om året. Samtidig gik man fra at fremstille 50.000 test-kit årligt til 500.000. Desuden gik man over til fuldautomatisk produktion.

Undervejs nåede Farum-virksomheden en vigtig milepæl. I 2012 gav SMB overskud for første gang. Alligevel var man ikke tilfreds. ”Vi kunne jo se, at vi havde et endnu større potentiale, men også at vi simpelthen manglede kapital og afsætningskanaler for at realisere det. Derfor besluttede vi at gå efter en industriel køber,” siger Ole Kring.

Salgsprocessen blev indledt i januar 2016 og afsluttet den 8. august samme år, hvor Zoetis købte SMB for 536 mio. kr.

Hvorfor er SMB lykkedes, hvor så mange andre lovende højteknologiske startups har været nødt til at give op? ”Hvis jeg skal pege på én afgørende faktor, er det, at vi har haft en passende blanding af erfarne og unge medarbejdere. Mange andre startup-virksomheder drives af unge grundlæggere, der har stor entusiasme. Ungdommens ildhu er utrolig vigtig, men på et tidspunkt når man til et punkt, hvor det ikke er nok,” svarer Ole Kring.

08

SP I N O UT- V I RKSO M HE D

For SMB’s vedkommende var det især indtoget på det vigtige amerikanske marked, der krævede erfaring. ”Vi har opnået meget ved at knokle og kaste os ud i tingene, men nogle gange må man stoppe op og have respekt for, at der er noget, man ikke er tilstrækkeligt god til,” siger Ole Kring. ”I vores tilfælde besluttede vi at hyre en særdeles erfaren amerikansk salgsdirektør og samtidig at etablere en professionel bestyrelse med ’tunge’ repræsentanter for branchen. Begge dele kostede mange penge – især når man er en virksomhed, der ikke har ret mange penge – men i dag er jeg ikke i tvivl om, at det var helt afgørende for, at vi er lykkedes.”

Tvunget til at satse på dyr – heldigvis Et andet spørgsmål trænger sig på.

Hvorfor satsede SMB netop på veterinære produkter? Hvorfor ikke lab-ona-chip til mennesker?

Forklaringen finder man i virksomhedens barndom. I 2006 ønskede amerikanske Alere at rykke de danske medarbejdere til Skotland, men det var der ikke stemning for i Farum. I stedet lavede man den aftale, at SMB’s hovedaktivitet, som var udvikling af lab-ona-chip til sundhedssektoren, flyttede til Skotland. De danske medarbejdere, som ikke rykkede med, kunne til gengæld købe deres arbejdsplads og fortsætte, men måtte afstå fra at udvikle produkter til mennesker. ”Det har senere vist sig at være særdeles heldigt. Det veterinære område er langt mere tilgængeligt med hensyn til godkendelser mv. i forhold til det humane. Samtidig har der været stabil vækst inden for veterinære produkter i lang tid, og alt tyder på, at væksten vil fortsætte,” siger Ole Kring. ”Her tænker jeg ikke kun på, at den voksende globale middelklasse sætter stor pris på kæledyr, men også på, at efterspørgslen efter kød fortsætter med at vokse. Vi er startet med kæledyr, men har planer om også gradvist at gå ind i markedet for tests til produk­ tionsdyr.”

MI K RO F LU I D SYS TE ME R

”Vi er startet med kæledyr, men har planer om også gradvist at gå ind i markedet for tests til produktionsdyr.”

OLE KRING, ADMINISTRERENDE DIREKTØR, SMB

Ud over tests til nye dyrearter har SMB et stort potentiale for at udvide antallet af sygdomme, som de forskellige arter kan testes for. ”Det er bl.a. i den sammenhæng, vi får brug for nye medarbejdere. Det er udfordrende at bevæge sig ind i nye dyrearter og sygdomme, fordi det forudsætter konkret viden på den biokemiske side,” forklarer Niels Kristian Bau-Madsen. ”Samtidig er det ikke noget, man bare kan lære på et kursus.

Vi har jo en unik teknologisk platform.

Derfor foretrækker vi at ansætte relativt nyuddannede kandidater og lære dem op selv.”

SMB’s mange for­ skellige lab-on-chips bliver produceret på virksomheden i Farum, hvor der er etableret renrum.

Plads til at begå fejl Det er ikke nok at være teknisk skarp, hvis man vil have et job i Farum-virksomheden, understreger Niels Kristian Bau-Madsen: ”Til jobsamtalerne har jeg rollen som ’the bad cop’, der skal forsøge at skræmme ansøgeren væk. Man skal

være forberedt på, at man ikke kan nøjes med at sidde i laboratoriet og dykke ned i sin faglige interesse. I vores branche er der masser af kontakt til kunderne. Og desværre ringer kunderne ikke for at fortælle, at de er glade for vores produkter. De ringer til os, hvis skidtet ikke virker!” ”Nej, vi kan ikke bruge de sarte blomster,” supplerer Ole Kring og tilføjer: ”Til gengæld har vi en kultur, hvor vi er åbne for, at man begår fejl.

Vi er klar over, at vi arbejder med biologiske processer, som er sensitive.

Den mindste ændring i produktions­ forholdene kan betyde, at en test, som længe har virket fint, lige pludselig ikke virker. Så gælder det om at være hurtig til at finde ud af hvorfor. Desuden forventer vi faktisk, at vores medarbejdere begår fejl. Vi er jo en innovativ virksomhed. Hvis vi aldrig begår fejl, presser vi ikke os selv hårdt nok!”

S e mere p å s mb . dk

U DDANNELS E

NYHE D E R

DY N A M O

47

12

16

09

DTU

Stor tilfreds­hed blandt inter­nationale studerende DTU er det danske universitet med højest tilfredshed blandt internationale studerende, viser en ny undersøgelse, International Student Satisfaction Awards 2016. Undersøgelsen er udført af StudyPortals og er baseret på 15.965 anmeldelser fra internationale studerende fordelt på 153 europæiske universiteter.

Tilfredsheden blandt de internationale studerende udløser StudyPortals’ betegnelse som ’outstanding’ for DTU.

NY EFTERUDDANNELSE I BIG DATA Det store amerikanske supermarked Walmart gør det.

Google gør det. Og nu skal danske virksomheder som Nordea, COOP, NCC, Danfoss og Grundfos også gøre det. Vi taler om at indsamle, opbevare, analysere, bearbejde og fortolke store mængder data, så virksomhederne kan udnytte

potentialet i de store datamængder til at skabe vækst. I efteråret begyndte de første ledere og medarbejdere fra 20 danske virksomheder på efteruddannelsesforløbet Big Data Business Academy for at få inspiration til at bruge big data forretningsmæssigt. DTU Compute og DTU Business står

bag uddannelsen, der gennemføres i samarbejde med CLEAN, Teknologisk Institut samt Alexandra Instituttet. Projektet er finansieret af Industriens Fond. a m Ko n d o St ef fen s en , S p ro g ra md irek tø r, DTU Bu s in es s , s a ko st @ b u s in es s . d t u . d k L æ s mere o m Big D at a Bu s in es s Ac a d emy h er: l . d t u . d k / n 0 y6

e h el e u n d e r sø ge lse n h e r : S ko rt l in k . d k / n r z5

Studerende vil producere insulin af industriaffald DTU Biobuilders er en gruppe ingeniørstuderende, der netop er vendt hjem fra Boston med både guldmedalje og ekstra nomineringer for bedste hardware og bedste poster. Som en del af deres uddannelse deltog de i verdens største konkurrence i syntetisk biologi, iGEM, med et projekt, hvor de vil have en særlig gærtype til at producere insulin af forskellige industrielle restprodukter. I dag bliver insulin produceret af genmodificeret bagegær som omdanner glykose til insulin. Men glykose udvindes fra afgrøder, som også bruges til menneskeføde og kan derfor blive en knap ressource i fremtiden. DTU Biobuilders udvikler derfor en ny metode, hvor en mere alsidig gærtype – Yarrowia lipolytica – producerer insulin af organisk restmateriale fra produktion af f.eks. sukker, rapsolie og bioethanol. æ s m e re o m projektet her: L ko rtl in k.d k/ n uan

Danske ingeniørstuderende til Canada DTU har netop indgået en samarbejdsaftale med canadiske University of British Columbia. Det betyder, at op til 85 DTU-studerende hvert år får mulighed for at tilbringe et halvt år som en del af deres studium på et af verdens absolutte topuniversiteter.

Et udlandsophold, der foruden at supplere fagligheden for de studerende også giver dem international erfaring og ofte også et værdifuldt netværk.

Et tilsvarende antal canadiske studerende vil kunne studere på DTU. Det gør aftalen til den hidtil største inden for

Lotte Krull, Christina Tækker, Louise Simonsen

studenterudveksling. Sidste år benyttede 698 DTU-studerende sig af muligheden for at studere i udlandet. DTU har udvekslingsaftaler med 200 universiteter verden over. e mere o m DT U ’ s i nt e r n at i o S n a l e u d d a n n e lse ssa m a r b e j d e h er: l . d t u . d k / r x3 d

Mikal Schlosser, University of British Columbia

VIN 10

Fi re -i-en-vindmø llen 13

D a n sk tek n ol ogi revol u ti onerer vindmåling 16

Løsn i n gen lå i Ikea-lampen 19

TEMA

VI NDTE K NO LO G I E R

VINDMØLLEBRANCHEN BESKÆFTIGER 4.431 PERSONER I REGION HOVEDSTADEN MOD 12.147 PERSONER I REGION MIDTJYLLAND. KILDE: VINDMØLLEINDUSTRIENS BRANCHESTATISTIK 2016

D

DY N A M O

47

12

16

11

DTU

VED UDGANGEN AF 2015 SNURREDE 314.000 VINDTURBINER VERDEN OVER. KILDE: VINDMØLLEINDUSTRIENS BRANCHESTATISTIK 2016

– ellers taber vi

Skiftende regeringer har de seneste år skabt usikkerhed om Danmarks engagement i vindenergi. Sektoren oplever svingende bevillinger, generelle nedskæringer på forskningsinvesteringer og opbremsning af vindmølleprojekter. Det efterlader et rodet indtryk og vanskeliggør den langsigtede udvikling af vindteknologi. Og det bekymrer institutdirektør Peter Hauge Madsen, der siden 2012 har stået i spidsen for vindenergi­forskningen på DTU. Her svarer han på tre uddybende spørgsmål.

Lot t e K ru l l

2

Pa nt h erM ed ia

Hvad har Danmark inden for vindteknologi, som andre lande ikke har?

Danmark har fået skabt en klynge inden for vind

1

Hvorfor blive ved med at investere i vindteknologi, når vi allerede har møllerne?

Vindteknologi bliver fejlagtigt opfattet som en moden teknologi, som ikke har behov for forskning og innovation. Du kan sammenligne vindteknologi med udviklingen af bilen. Selv efter at den var sat i produktion og erobrede verden omkring 1920, blev man jo ved med at udvikle den. Dette er også tilfældet med vindteknologien. Der er stadig et stort potentiale i at gøre vindenergi billigere. En mølle består af over 8.000 komponenter og

– dvs. et miljø af forskere, teknikere, virksomheder, testfaciliteter og uddannelser – inden for et forholdsvis overskueligt geografisk område. Det er ret unikt, at vi uddanner kan-

kræver viden om utrolig mange faglige områder, bl.a. meteorologi, aerodynamik, materialer og design af vindmøllerparker, så der er meget, man kan optimere på. Ja, vi har møller i dag, og de producerer strøm, men en videreudvikling kan sikre, at vindenergi bliver en stadig billigere energiressource. Det er nødvendigt, hvis den skal udkonkurrere de fossile brændstoffer. Om det lykkes at gøre vindenergi billigere eller ej, kan få indflydelse på den grønne omstilling ikke bare i Danmark, men på hele Jorden.

didater inden for vindteknologi, og det afspejler sig også i sammensætningen af DTU’s studerende på uddannelserne, hvor mange rejser hertil fra alle verdenshjørner for at

VIND TE M A

studere. Den danske klynge gør landet til et interessant sted eksempelvis for større vindmølleproducenter, fordi det er attraktivt at lægge sin udvikling i Danmark, da alting er relativt tæt på, og der er kvalificeret arbejdskraft. Desuden har vi en unik position som

foregangsland: I 2015 blev 42 procent af danskernes elforbrug dækket af vind­ energi – globalt set er det kun 3,7 procent af elfor­ bruget, som kommer fra vindenergi. Danmark kan som rollemodel vise, at det er muligt at producere og integrere så store mængder

vindenergi i vores elsystem.

Når der er store udsving i bevillingerne, er det van­ skeligt at planlægge og gennemføre længere­varende forskning. Det går ud over udviklingen, samtidig med at Danmark sender et signal om manglende tro på vindenergi – at vi som

foregangsland tvivler på udviklingspotentialet. Det har allerede fået nogle større virksomheder til at tvivle på, om de vil lægge deres investeringer og udvikling i Danmark.

I STARTEN AF 1980’ERNE MÅLTE VINGERNE SYV METER PÅ DE MØLLER, DANMARK EKSPORTEREDE. I DAG ER DE STØRSTE MØLLEVINGER MERE END 80 METER. KILDE: PETER HAUGE MADSEN

164 m Ø

126 m Ø Rotor-diameter (m)

12

Airbus A380 vingespænd 80 m

112 m Ø

15 m Ø

’85 .05

’87

’89 .3

’91

’93 .5

’95

’97

1.3

1.6

’99 2

’01

’03 4.5

’05 5

’16 8 MW

D

3

VI N DTEK N O LO G I E R

Hvilke konsekvenser kan det få, at Danmark investerer mindre i vindteknologi?

Vindsektoren beskæftiger over 31.000 mennesker her i landet. Og det er vel at mærke jobs, hvor størstedelen findes uden for de større byer, og de består i højere grad af vidensarbejdspladser end erhvervslivet generelt. Disse arbejdspladser kan vi tabe, hvis virksomhederne vælger

DY N A M O

47

12

16

at flytte deres aktiviteter til lande, der investerer mere og har højere ambitioner.

Det er ikke kun de store virksomheder, det drejer sig om, for den danske vindsektor omfatter en hel fødekæde af små og mellemstore virksomheder – typisk underleverandører af forskellige komponenter – som beskæftiger tusinder af danskere. Vindsektoren sikrede i 2016 Danmark eksportindtægter for knap 50 mia. kr., hvilket svarer til

DTU

4,6 procent af landets totale eksport. Dette risikerer vi at miste. Vi taber også vækst, for flere steder i verden er man kun lige begyndt på at opsætte vindmøller.

Det er nu, Danmark kan begynde at høste frugten af flere årtiers investeringer i vindteknologi. Globalt er vindsektoren en af de hurtigst voksende industri­ sektorer. UNEP (United Nations Environment Pro­ gramme) har vurderet, at vi globalt kan forvente en

13

tredobling i beskæftigelsen i vindenergisektoren frem til 2030. Nu er flere nationer i både Europa og Asien i gang med at investere kraftigt i vindteknologi, og hvis Dan­ mark ikke forbliver i front, så bliver det de andre, der tager over og tjener på vind­ energiens fremmarch. et e r Ha u ge M a d se n , i n st i t u t ­ P d i re k tø r, DT U V i n d e n e rgi , npha@dtu.dk

VERDENS LÆNGSTE VINDMØLLEVINGE MÅLER 88,4 METER OG KOMMER FRA LM WIND POWER. KILDE: VINDMØLLEINDUSTRIENS BRANCHESTATISTIK 2016

Med en ny demonstrationsmølle på DTU Risø Campus leverer Vestas et radikalt anderledes bud på, hvordan prisen på vindkraft kan blive yderligere konkurrencedygtig.

Fire-i-en-vindmøllen Mo rte n An d e rse n To m N evil, To rb e n Krogh Mikkelsen

V

i er vant til, at en vindmølle har én rotor, og rotoren har tre vinger. Men nu udfordrer Vestas vanetænkningen med en ny mølle, der har fire rotorer. Der er tale om en forsøgs­ mølle, der skal demonstrere konceptet. Altså endnu ikke en egentlig pilotmølle, der er forløber for en kommerciel mølle. Møllen er opført ved DTU Risø Campus, og forskere fra DTU Vindenergi deltager i projektet med rådgivning og måletekniske ydelser. ”Sommetider indebærer innovation radikalt anderledes tilgange. Det viser vi ved at installere denne konceptmølle,” siger Jorge Magalhaes, senior vice president i Vestas Innovation & Concepts. ”Det er uhyre vigtigt at have konstant innovation og afsøge nye principper. Det giver os grundlæggende viden, som kan hjælpe os i vores bestræbelser på at gøre vindkraft yderligere konkurrencedygtig i forhold til andre energikilder. Vi ønsker at nedbringe omkostningerne for kunderne, når de køber vores pro­ dukter, samtidig med at vi vil integrere nøgleteknologier, som løser kundernes udfordringer. I sidste ende er målet med projektet at vurdere, om vi kan bygge en endnu mere cost-effective vindmølle ved at udfordre de gængse skaleringsregler.”

14

TE M A

V I N DTEK N O LO G I ER

DTU

MERE END 31.000 MENNESKER ARBEJDER I DEN DANSKE VINDSEKTOR. STØRSTE­ DELEN AF JOBBENE FINDES UDEN FOR DE STORE BYER. KILDE: PETER HAUGE, DTU

Vestas udfordrer vane­ tænkningen med denne fire-rotors mølle. Idéen er at øge det areal, ro­ torerne dækker, uden at møllens samlede vægt øges tilsvarende.

Idéen er at holde vægten nede Gennem de seneste årtier er de enkelte vindmøller blevet voldsomt meget større, men det grundlæggende koncept, der internationalt kendes som ’the Danish design’, har været stort set uændret. Vokseværket har ydet et stort bidrag til at sænke prisen pr. kilo­ watt-time vindkraft. Når man gør en vindmølle dobbelt så stor, gør man det areal, som de roterende vinger dækker, fire gange så stort – og dermed får man også fire gange så stor elproduktion.

Men desværre er der en bagside: Vingernes samlede vægt bliver otte gange så stor. Vægten af de øvrige mekaniske komponenter bliver også betydeligt forøget.

Den større vægt stammer naturligvis fra et større forbrug af materialer, som betyder, at prisen på møllen bliver højere.

Idéen med Vestas’ nye møllekoncept er at øge det bestrøgne areal uden at øge vægten tilsvarende. De fire rotorer dækker tilsammen et nogenlunde lige så stort areal, som en enkeltrotor på en mølle af tilsvarende højde og effekt ville dække. Men deres samlede vægt er kun det halve.

På kommercielle markedsvilkår Selvom møllen er opført på DTU’s område, er der ikke tale om et traditionelt forskningssamarbejde, understreger seniorudviklingsingeniør Søren Lind, DTU Vindenergi: ”Der er masser af forskning i projektet, men der er ingen offentlige midler involveret.

Vestas har lejet pladsen af os og køber rådgivning og måletekniske ydelser på kommercielle markedsvilkår.”

Selve fire-i-en-konceptet kan DTU-forskerne ikke tage æren for. ”Idéen til det nyskabende koncept er fostret hos Vestas,” siger Søren Lind. ”Vi har dog været involveret på et tidligt stadie uden at vide det selv. Vestas har anvendt programmet HAWC2, som

DYNAM O

47

12

1 6

15

er udviklet på DTU Vindenergi, til at foretage de grundlæggende aero-elastiske beregninger. Vi er meget tilfredse med, at softwaren har vist sig så fleksibel, at den kunne benyttes selv med et så nyt koncept.”

Understøtter Vestas’ portefølje Anders Vedel, executive vice president, Vestas Technology & Service Solutions, ser projektet i et strategisk perspektiv: ”Som global virksomhed er det afgørende, at Vestas’ produktportefølje til stadighed er så varieret, at vi kan levere til en vifte af forskellige markedsbetingelser. Vi skal være innovative, så vi kan lykkes på markeder med forskellige energisystemer og forskellige betingelser. Derfor ser vi en stor mulighed – og nødvendighed – i at udforske alternative koncepter, som kan være med til at dække klodens hastigt voksende behov for energi på en bæredygtig måde. Samtidig skal vi fortsat bringe omkostningerne ved at producere vindkraft ned.”

Forsøgsmøllen er 74 meter høj og har en samlet kapacitet på 900 kW. Vestas forventer, at møllen foreløbig skal køre i to år.

I baggrunden Vestas’ fire-rotor-mølle på testområdet på Risø Campus. I forgrunden DTU’s WindScanner, som man kan læse mere om på næste side.

øren Lind , s en io ru d vik l in g s in g en iø r, S DTU Vind en erg i, s o l i@ d t u . d k

VINDMØLLEBRANCHEN STÅR FOR 4,6 PROCENT AF DEN TOTALE DANSKE EKSPORT. KILDE: VINDMØLLEINDUSTRIENS BRANCHESTATISTIK 2016

16

Jo mere man ved om den vind, der rammer en vindmølle, jo bedre kan man optimere møllen med hensyn til levetid og effekt.

Forskere på DTU har opfundet en vindskanner, som måler de faktiske vindforhold omkring vindmøller i tre dimensioner. Opfindelsen er nu godt på vej ud i det europæiske forskningslandskab.

TE M A

V I N DTEK N O LO G I

V DTU

VINDMØLLER LEVEREDE I 2015 HVAD DER SVARER TIL 42 % AF DANSKERNES ELFORBRUG. KILDE: ENERGINET.DK

Dansk teknologi revolutionerer vindmåling Ma riann e Vang Ry d e Pa nthe rMe d ia, To rb e n Krogh Mikkelsen

DTU’s WindScanner aflæser vindhastighed og -retning ved hjælp af laserstråler.

H

vis man skal blive bedre til at kontrollere og styre vindmøller og i sidste ende få dem til at holde længere og yde mere, må man først og fremmest vide, hvad der helt konkret sker, når vinden bremses og afbøjes af vingerne. Derfor hænger vindmåling og vindenergi ulø­ seligt sammen.

Vindens styrke måles traditionelt med et såkaldt kopanemometer, enten anbragt bag vingerne på møllens nacelle (møllehat) eller foran møllen i en målemast af samme højde. En mere avanceret vindmåleteknik er baseret på fjernmåling med en laserstråle; men både kopanemometret og laserstrålen kan kun måle i ét punkt ad gangen,

og så er det vanskeligt at danne sig det fulde billede af vind og turbulens omkring vindmøllen.

Det problem satte forskere på DTU Vindenergi sig for at løse tilbage i 2007, og arbejdet resulterede i en 3D-vindskanner med tre laserstråler og et styrbart system af prismer, som tilsammen registrerer et tredimen­ sionelt billede af vindfeltet. Systemet blev patenteret og registreret som varemærket WindScanner. I 2009 blev det også etableret som en national infrastruktur, og året efter kom det på det såkaldte ESFRI Roadmap, som anerkender det som en væsentlig euro­ pæisk infrastruktur, der kan forbedre udnyttelsen af vindenergien.

Et princip – flere måleinstrumenter Vindskannerne bygger på fjernmåle­ teknologien kaldet lidar (light detec­ tion and ranging), hvor en intens laserstråle fokuseres på støvpartikler, der svæver rundt med vinden. Som små spejle reflekterer partiklerne laserlyset, men med forskellige farver, alt efter med hvilken hastighed og i hvilken retning de bevæger sig. Og ved at analysere farven (frekvensen) af det

VIND

tilbagespredte lys kan vind­skannerne derfor bestemme vindens hastighed i målepunktet. Ét målepunkt er imidlertid ikke nok til at give et billede af hele vindfeltet, så professor Torben Mikkelsen og hans kolleger arbejdede på at udvikle en metode til at skanne vinden i tre dimensioner med tre samtidigt styr­ bare lasere. Arbejdet resulterede i en original idé til, hvordan man ved hjælp af to prismer anbragt på drejelige akser kunne afbøje de fokuserede laser­ stråler. Det er den ide, der blev paten­ teret og som nu er realiseret i flere forskellige typer af vindskannere.

Short-range-vindskannerne, der i dag har en rækkevidde på op til 300 meter, placeres på jorden og skanner rundt omkring vindmøllen. Skan­ ningen giver detaljeret viden om, hvad der sker, når vinden vekselvirker med møllerotoren, og med denne viden kan man så evaluere og forbedre de computermodeller, man bruger til at simulere belastninger og kontrol, og i det hele taget optimere møllerne.

I nogle situationer, f.eks. i forbin­ delse med havmøller, er 300 meter dog ikke nok. Så DTU-forskerne har også udviklet en såkaldt long-range-vind­ skanner med en rækkevidde på 5 til 10 km. I modsætning til short-rangeskannerne bliver den ikke fremstillet på DTU. Selve det styrbare skannerhoved er udviklet på universitetet, men vind­ lidaren produceres og markedsføres af det franske firma Leosphere.

Og endelig har WindScannerteknologien fundet anvendelse i en

DY N A M O

47

12

16

DER ER 4.800 VIND­ MØLLER I DANMARK. DET SVARER TIL EN VINDMØLLE PER CIRKA 1.000 DANSKERE. KILDE: WINDPOWER.ORG

såkaldt SpinnerLidar, der installeres enten foran vingerne i rotoren eller bag vingerne på nacellen. Måler man således slipstrømmen bag ved møllen, kan man få viden om, hvor meget rotoren har blokeret vindfeltet, og hvor meget turbulens der dannes i møllens kølvand. Og det er nyttigt, når man skal planlægge, hvordan møllerne i en vindmøllepark skal placeres og styres i forhold til hinanden for at få mindst mulig belastning og dermed længst mulig levetid.

Byg selv, eller rekvirér den mobile vindskanner 3D-måleteknikken er nu en efterspurgt vare langt ud over Danmarks grænser, bl.a. takket være placeringen på det europæiske roadmap. Flere europæiske lande er blevet WindScanner-partnere og arbejder nu på at opbygge deres nationale udgaver af vindskannerne efter DTU’s oprindelige design med

17

Vindskanneren kan blive for vindindustrien, hvad røntgenfotografiet blev for den medicinske verden.

For første gang er det muligt at få et detaljeret billede af de komplekse og indtil nu stort set usynlige turbulente vindstrømme i og omkring vindmølleparker. Ved at kombinere vores viden og den nye infrastrukturfacilitet kan vi bogstavelig talt tænde lyset i den sorte boks, som vindressourcerne på mange måder stadig er.

DR. STEPHAN BARTH, ADMINISTRERENDE DIREKTØR I FORWIND, CENTER FOR VINDENERGIFORSKNING FOR UNIVERSITETERNE I OLDENBURG, HANNOVER OG BREMEN. FORWIND E R E N A F E U - PA RT N E R N E I W I N D S C A N N E R . E U - KO N S O RT I E T.

18

TE M A

V I N DTEK N O LO G I

I 2020 FORVENTES 520.000 PERSONER AT VÆRE BESKÆFTIGET I VINDSEKTOREN I EU. KILDE: VINDMØLLEINDUSTRIENS BRANCHESTATISTIK 2016

tilhørende software og dataplatform samt træning og undervisning af brugerne.

Det gælder f.eks. universitetet i Porto, der søger national støtte til to long-range-skannere. De skal indgå i et stort fælleseuropæisk projekt, Perdigão-eksperimentet, som har til formål at kortlægge vindforholdene i bjergrigt terræn. Eksperimentet skal bl.a. verificere de beregningsmodeller, som danner grundlag for et mere detaljeret europæisk vindatlas.

Vindatlasset er et værktøj, der også er udviklet på DTU. Det kan bruges til at udpege de lokaliteter, der vindklimamæssigt egner sig bedst til opstilling af vindmøller.

Vindskanneren bruges også til meteorolo­ giske målinger og til måling af vindforhold i forbindelse med f.eks. etablering af broer.

Samtidig er det planen, at vindskannerteknologien skal blive standardudstyr på det portugisiske meteorologiske instituts havforskningsskib.

DTU’s vindskannere kan som forskningsinfrastruktur også reserveres til at gennemføre specifikke måleopgaver.

DTU Vindenergis mobile vindskannerteam rykker ud med tre synkroniserede vindlidars, en målebus og teknisk-videnskabeligt personale og har bl.a. været i Frankrig for at måle slipstrømmen fra en ny prototypevindmølle, der opererer i den hårde mistralvind.

DTU’s tre long-range-vindskannere deltager for tiden med EU-samarbejdspartnerne i en stor målekampagne i bakkerne ved Kassel i Tyskland. Og de har for nylig også kortlagt vindforholdene omkring prøvestationen for store vindmøller ved Østerild i Thy. Det norske justitsministeriums redningstjeneste i Stavanger havde i 2013 bud efter de mobile vindskannere, da der skulle vælges mellem forskellige typer redningshelikoptere.

Man ønskede at få undersøgt, hvor meget vind og turbulens der blev dannet under helikopterne, når de var involveret i en redningsaktion på vandet.

Og i forbindelse med byggeriet af en ny motorvej mellem Stavanger og Kristiansand har DTU målt på vindforholdene i en af de fjorde, hvor der skal bygges nye broer.

DTU

Fremtiden er brugervenlig Vindskanneren er under konstant udvikling – højere møller kræver f.eks. længere rækkevidde. Og samtidig arbejdes der på at gøre infrastrukturen mere brugervenlig, så de komplicerede udregninger, der følger efter målingerne, automatiseres og præsenteres mere intuitivt.

Torben Mikkelsen og hans kolleger i DTU Vindenergi ønsker desuden at etablere en decideret vindskannercentral hos DTU Vindenergi, hvorfra vindskannerne kan koordineres som en fælleseuropæisk infrastruktur, og resultaterne kan distribueres. Og der er flere projekter i støbeskeen i samarbejde med danske partnere og dansk industri, heriblandt DMI, Vestas og universiteterne i Aalborg og Aarhus, hvor vind­ skanningsteknologien nu ønskes brugt i forbindelse med spredning af luftforurening i gaderum i byer og beskrivelse af vindfelter omkring broer og bygninger. ”Selvom vi allerede har udviklet en fremtidig businessplan for Wind­ Scanner med henblik på en dag at blive en delvist brugerbetalt forskningsinfrastruktur, så er det stadig nødvendigt, at vi bevarer den tætte tilknytning til forskningsmiljøerne på universiteterne.

WindScanner er indtil videre opbygget som en multidisciplinær aktivitet med bidrag fra dansk industri, IPU samt DTU Mekanik og DTU Fotonik. Vi har også en lind strøm af speciale- og ph.d.-studerende, der udfører forskellige projekter her, som er med til at sikre den fortsatte udvikling af teknologien,” siger Torben Mikkelsen.

o rb en K ro g h M ik ke lse n , p rofe sso r, T DTU V in d en erg i, to m i @ d t u . d k æ s mere o m vin dska n n e re n p å L www.windscanner.dk og www.windscanner.eu l æ s mere o m f æ l l e se u ro p æi sk fo r sk n i n gs­ inf ra st ru k t u r p å w w w . e sf r i . e u

DY N A M O

47

12

16

19

Løsningen lå i Ikealampen Idéen til vindskanneren blev født i Ikeas småtingsafdeling.

M a ria n n e Va n g Ryd e To rb en K ro g h M ik kel s en , S h u t t e r sto c k

P

DER STÅR VINDMØLLER I 78 AF DANMARKS 98 KOMMUNER. KILDE: WINDPOWER.ORG

å familiens jagt i bolighuset efter persienner til sønnens værelse faldt professor Torben Mikkelsen tilbage i 2007 over en lille vågelampe, hvor pæren kunne drejes i alle retninger. Den gav ham idéen til det, der nu er det navnebeskyttede og patenterede varemærke ’WindScanner’.

Torben Mikkelsen og hans kolleger stod på det tidspunkt med en konkret udfordring. De havde en god metode til at måle vinden foran en vindmølle. Med laserlys kunne de måle vindens hastighed i lysstrålens retning, men kun i ét punkt ad gangen. Og de ville gerne kunne skanne hele vindfeltet og udnytte den hurtige lysbaserede målemetode bedre. ”Vi kunne dreje hele lyskanonen eller supplere den med spejle, så den kunne skanne et større område. Men spejlene ville på grund af de store optiske krav blive for store og klodsede.

Så tænkte vi i stedet på at bøje lysstrålen med to prismer anbragt oven på hinanden. Her var problemet bare, at billedet ville blive forvrænget, hvis strålerne ikke gik symmetrisk gennem begge prismer samtidig, dvs. hvis ikke indgangs- og udgangsvinkel hele tiden var den samme på begge prismer uanset deres orientering,” fortæller Torben Mikkelsen. ”Jeg gik altså og grublede over, hvordan prismerne skulle sidde for at få knivskarpe fokuserede laserstråler. Og så var det, jeg så den lille vågelampe og fik den idé, at de to prismer, hvis de blev monteret i lampen, kunne drejes uafhængigt af hinanden og samtidig opretholde kravet om symmetrisk strålegang. Derefter var det bare med at få indkøbene overstået og komme hjem og tegne en skitse.”

20

K IG IN D E N FO R PÅ DT U

Nye faciliteter til NMR-spektroskopi DTU’s nye NMR-center er en central infrastruktur, som giver adgang til state-of-the-art NMR-spektrometre. Centret ligger i en ny bygning ved DTU Kemi i Lyngby og er netop taget i brug. NMR-spektroskopi er en af de mest informationsrige analytiske teknikker til specifikt at bestemme et givent stofs struktur. Analysemetoden har næsten ubegrænsede anvendelser blandt andet inden for kemi og biologi. Centret stiller faciliteterne til rådighed for DTU-forskere og eksterne akademiske og industrielle partnere, som gør brug af NMR-spektroskopi i deres forskning.

Villum Fonden har bidraget med 16 mio. kr. til centrets to nye NMR-spektrometre.

Derudover huser bygningen yderligere et spektrometer, som er doneret af Carlsberg.

NMR-LA BO RATO RI U M

DYN AMO

47

12

16

J OAC H I M RO DE

DTU

21

22

SP I N O UT- V I RKSO M HE D

O P T I S KE S EN S O R ER

DYNA MO

47

12

16

En optisk sensor – helt uden elektronik – har set dagens lys. Den kan finde vej til ’umulige’ steder som f.eks. dybt nede i oliebrønde eller på havvindmøllers kæmpevinger.

De er små, lette og meget nøjagtige, og så indeholder de hverken metal eller elektriske komponenter. Derfor kan de nye optiske sensorer komme til at spille en afgørende rolle for fremtidens vind- og olieindustri. De kan nemlig placeres steder, hvor brug af traditionelle sensorer ikke er mulig.

DTU

NYE OPTISKE SENSORER TÅLER EKSTREME FORHOLD I b en J u l ie Sc h mid t I b en J u l ie Sc h mid t , C E KO

V

i er i dag så vant til at være omgivet af sensorer, at vi slet ikke tænker over det længere. Når vi griber mobiltelefonen eller sætter os ind i bilen, så arbejder et netværk af sensorer sammen for at holde os kørende. Takket være brug af sensorer har vi f.eks. kunnet udvikle biler, der er langt mere benzinøkonomiske og sikrere. Sensorer er i dag en uundværlig del af de fleste industrielle processer. Men der findes steder, hvor traditionelle sensorer endnu ikke har gjort deres indtog, fordi det af forskellige grunde er problematisk. Det er netop det marked, DTU-spinouten CEKO Sensors satser på at ramme med en ny type sensor.

Måler med lys Sensoren er 100 procent optisk og måler ved hjælp af lys, der passerer igennem en specielt designet chip.

Chippen indeholder hverken metal eller elektriske komponenter og behøver ingen ledninger. I stedet sendes lyset gennem en tynd glasfiber, og det betyder, at signalet kan transmitteres over store afstande, uden at

23

det forringes synderligt. Nu har den første kunde meldt sig på banen. Rune Brincker leder forskningsgruppen ’Structual Integrity and Reliability’ på DTU’s Center for Olie og Gas. Gruppen beskæftiger sig bl.a. med, hvordan man forlænger levetiden for offshore-boreplatforme. Rune Brincker så straks potentialet i de nye sensorer.

Ny viden om boreplatforme ”Vi har købt de nye sensorer, fordi vi gerne vil vide mere om de konstruktioner, vi har stående ude i Nordsøen.

Hvordan bliver de påvirket af f.eks. bølger, og hvilke spændinger er de udsat for? Der findes i dag kun ganske få målesystemer, der sidder derude hele tiden, så vi har ikke nok data, men det kan komme til at ændre sig nu. Sensorerne repræsenterer en ny teknologi, som løser nogle af de problemer, der er med de mere traditionelle målesystemer. Vi har meget høje krav til sikkerhed på en offshoreplatform, og derfor er man ikke glad for elektriske sensorer, der kan lave en gnist og udløse en eksplosion. Den problematik undgår vi med CEKOs sensorer. De er

Produktionen af CEKOs optiske sensorer fore­ går i renrummene på DTU Danchip.

24

SP I N O UT- V I RKSO M HE D

også langt mere holdbare og pålidelige på sigt,” forklarer Rune Brincker og fortsætter: ”Hvis vi ser lidt frem i tiden, tror jeg, at det er netop denne teknologi, der vil blive brugt, fordi den er bedre opbygget med færre komponenter. Samtidig forventer jeg, at sensorerne bliver meget nøjagtige og dog stadig billige.”

At leve op til disse forventninger er netop strategien for CEKO. Virksomhedens to stiftere, Kasper Reck-Nielsen og Christian Østergaard, kommer begge fra DTU Nanotech, hvor teknologien bag de nye sensorer er udviklet og patenteret.

En følsom chip ”I vores sensor har vi kombineret nogle eksisterende teknologier som fiberoptik og chipteknologi, og dernæst har vi givet teknologierne et tvist, så vi kan opnå en højere følsomhed, samtidig med at prisen holdes nede,” forklarer Christian Østergaard.

Sensoren er baseret på et princip, som bygger på en nanostruktur, der kaldes Bragg Grating. Det går ud på, at man lader hvidt lys passere forbi nogle små strukturer, der reflekterer lyset i bestemte farver (bølgelængdeområder).

I stedet for at måle på intensiteten eller mængden af lys, der kommer igennem en fiber, måler man på ændringer i farven af det lys, der reflekteres tilbage.

Det smarte ved dette er, at man så kan sætte flere sensorer på en fiber og skabe et sensornetværk, fordi hver sensor

O PT I S KE S E N S O RE R

CEKOs sensor er 1.000 gange mere følsom end eksi­ sterende optiske sensorer, fordi den er baseret på en ny metode til at presse lys sammen og sende det gennem en chip.

reflekterer et bestemt bølgelængdeområde, mens resten af lyset får lov til at passere igennem. En ændring i vibration vil altså kunne aflæses som en ændring i den farve lys, som reflekteres.

Bremser lyset ”Fiber Bragg Grating-teknologien har man kendt i mange år, men det nye og interessante ved vores sensor er, at vi har fundet en metode til at presse lyset sammen, når det passerer igennem vores chip, så det er lysets hastighed, der ændres, og ikke afstanden mellem de små strukturer. Det gør faktisk vores sensor 1.000 gange mere følsom end eksisterende optiske sensorer. Vi har altså en følsom sensor, der samtidig er så robust, at den kan sidde på virkelig udsatte steder i barske miljøer. Det er denne kombination, der åbner til nye markeder, hvor sensorer endnu ikke har vundet indpas,” fortæller Kasper Reck-Nielsen.

”Hvis man skal have noget, der virkelig er robust, skal man lave det meget enkelt.”

RUNE BRINCKER, FORSKNINGSLEDER, DTU’S CENTER FOR OLIE OG GAS

DYNAMO

47

12

16

Vigtige data til vindindustrien Men faktisk er det slet ikke olie- og gasindustrien, virksomheden har i tankerne som primær aftager af de nye sensorer. Det er derimod vindindustrien. For tænk, hvor meget værdifuld viden man kan få, hvis man placerer sensorer på vingerne af de store off­ shoremøller, som så kan sende realtime data tilbage til land, mens møllen producerer strøm. ”Ændringer i vingernes vibrationsmønstre kan afsløre små uregelmæssigheder på vingen og advare om, at det er tid til et servicebesøg, før det får alvorlige konsekvenser for driften.

Sensorerne vil også kunne bruges til at advare om f.eks. overisning. I det hele taget vil man ved at monitorere kørslen med kontinuerlige målinger kunne optimere produktionen markant,” forklarer Kasper Reck-Nielsen.

Indtil nu har det slet ikke været på tale at sætte sensorer på selve vingerne, bl.a. fordi en elektrisk sensor tiltrækker lyn, som risikerer at beskadige vingen eller ødelægge hele møllen. Med disse sensorer uden metal og elektriske komponenter åbner sig derfor en ny verden. CEKO samarbejder i øjeblikket med DTU Vindenergi og flere af verdens største vindmølleproducenter om at gennemføre langtidstests af sensorerne på vindmøller. Målet er, ifølge Kasper Reck-Nielsen, at der om fem år sidder en håndfuld af sensorerne på hver tredje nye vindmølle. Dvs. en

25

DTU

SÅDAN VIRKER EN OPTISK SENSOR

E produktion på omkring 1.000 sensorer om måneden alene til vindmølleindustrien.

Trykmåling i oliebrønde Der er flere anvendelsesområder, som CEKO vil undersøge. Vinger på fly er et af de oplagte steder, sensorerne kan bruges. Men teknologien muliggør også andre typer sensorer end vibrationsmålere (accelerometre) og dermed mange forskellige applikationer. ”Vi er lige nu i gang med at teste en sensor til måling af tryk i oliebrønde.

Her er der tale om en sensor, der skal måle langt nede under jorden i temperaturer på flere hundrede grader og ved ekstremt højt tryk.

Samtidig skal den kunne tåle en skylning med saltsyre,” forklarer Kasper ReckNielsen.

Testen ser faktisk lovende ud, så Kasper Reck-Nielsen og Christian Østergaard ser lyst på fremtiden for CEKO, og de bakkes op af Rune Brincker: ”Hvis man skal have noget, der virkelig er robust, skal man lave det meget enkelt. CEKOs sensor er enkelt bygget op, og den er samtidig baseret på en teknologi, som har et kæmpe potentiale, og som jeg forventer, vil kunne konkurrere med traditionelle sensorer på nøjagtighed inden for en overskuelig fremtid.”

De første afta­ gere af CEKOs sensor er olieog gasindustrien.

Men også for vindindustrien vil den være værdifuld.

n fiberoptisk sensor virker ved, at man sender lys fra en laser gennem en fiber og i tilfældet med CEKOs sensorer også gennem en specielt designet chip. Chippens egenskab ændrer lyset som funktion af f.eks. vibrationer eller tryk. Det ændrede lyssignal sendes tilbage til et spektrometer, som aflæser signalet og oversætter det til data, som kan behandles i en computer.

I stedet for at måle på intensiteten eller mængden af lys, der kommer igennem fiberen, måler man på farven af det lys, der reflekteres. Det smarte ved dette er, at man kan sætte flere sensorer på en fiber og dermed lave et sensornetværk, fordi hver sensor reflekterer et bestemt bølgelængdeområde, mens resten af lyset får lov til at passere igennem. En ændring i vibration vil altså kunne aflæses som en ændring i den farve lys, som reflekteres.

Refleksionen af lys i bestemte farver skabes ved at sende lyset igennem nogle små gitre i nanostørrelse, der

sidder med en bestemt periodisk afstand. I industrien benyttes dette i såkaldte Fiber Bragg Grating-sensorer.

Idéen er, at hvis lys rammer en periodisk struktur, vil lyset gå i resonans, når det rammer strukturen. Herved bliver en bestemt bølgelængde reflekteret tilbage – den, der præcis passer til perioden Λ. Hvis man trækker i fiberen, forlænger man perioden, og så får man en anden bølgelængde og dermed en anden farve reflekteret tilbage. Dette kan beskrives ved denne formel:

λB=2neff Λ Men i CEKOs sensor sendes lyset igennem en chip, som presser lyset sammen, når det passerer igennem chippen. Dermed ændres dets hastighed. Det er altså neff i formlen, der ændres, og ikke Λ, og det er det, som gør sensoren langt mere følsom.

CEKO Sensors ApS CEKO er en nystartet virksomhed, som producerer optiske sensorer baseret på forskning og to patenter fra DTU Nanotech. De første sensorer, som er solgt, er vibrationsmålere (accelerometre), men andre typer sensorer er under udvikling.

Virksomheden er grundlagt af Kasper Reck-Nielsen og Christian Østergaard og blev officielt en realitet den 1. maj 2015 takket være en investering fra Syddansk Teknologisk Innovation. CEKO har adresse i DTU’s forskerpark Scion DTU i Lyngby tæt på fabrikations­ faciliteterne i DTU Danchip, hvor sensorerne nu er sat i produktion.

L æ s m e re p å w w w . c e ko se n so r s. co m

26

STA RT UP S

NY H EDER

SENS ER NA

Sensor sørger for, at mælken i sutteflasken får den korrekte temperatur To iværksættere fra DTU Elektro, Henrik Schneider og Kristian Lindberg-Poulsen, har udviklet en termometerteknologi til mikrobølgeovne. Teknologien består af en sensor, der kan måle temperaturen i den væske, der er i ovnen, og dermed sikre, at f.eks. modermælkserstatning får den helt rigtige temperatur. Temperaturmåleren er mindre end en 1-krone og kræver ikke batteri, da den drives af ovnens eksisterende mikrobølgeenergi. Nu skal opfindelsen kommercialiseres, og de to iværksættere har stiftet

spinout-virksomheden Senserna.

Senserna deltager i øjeblikket i virksomhedsudviklingskonkurrencen Danish Tech Challenge, som arrangeres af forskerparken Scion DTU. Konkurrencen løber frem til januar, hvor vinderen blandt de i alt 20 deltagende virksomheder bliver præmieret med 500.000 kr. enrik Sc hneide r, fo rret n in g s ­ H udvikler, DTU E l ek t ro , hensc @elektro.d t u . d k K ristian Lindberg - Po u l s en , ph.d.- studerend e, DTU E l ek t ro , krili@elektro.dt u . d k L æs mere om D a n is h Tec h Challenge her: ko rt l in k . d k / n s c c

TA’ D E T

Nyt liv til brugte ting Tre DTU-studerende har udviklet en app, ’ta’ det’, som gør det nemt at komme af med sager fra loftsrummet, og gør det muligt at finde gratis ting i nærheden. ’Ta det’ er dermed en gratis verden, hvor man på mobilen hurtigt kan oprette og tilbyde ting, man ikke længere bruger. I den anden ende kan folk, der leder efter ting, indstille, hvor langt de

110 SMARTGURLZ

HER ER ÅRETS TECH-JULEGAVE Iværksætter Sharmi Albrechtsen står bag SmartGurlz, der netop har lanceret årets tech-julegave til piger fra seks år og op: En dukke a la Barbie eller Bratz kombineres med en robot­-scooter, som kan styres og programmeres vha. en app til mobil eller iPad. Sharmi Albrechtsen ønsker nemlig at engagere piger i kodning og robot­teknologi, men er træt af, at det tekniske legetøj ofte er tiltænkt drengene. Virksomheden Smart­Gurlz har slået sig ned i forskerparken Scion DTU, hvor der foruden teknologiske faciliteter som f.eks. 3D-print er nem adgang til universitetet, herunder f.eks. samarbejdspartner Nils Axel Andersen, lektor, DTU Elektro.

S e m e re p å sm artgurlz.com

vil gå for et godt fund, og de vil så blive præsenteret for ting og sager, der kan hentes gratis i nabolaget.

Missionen er simpel: at lære danskerne at give videre til hinanden i stedet for at smide ud. Mere end 10.000 mennesker har downloadet appen, og på nuværende tidspunkt har over 2.000 små og store genstande fundet nyt liv hos en ny ejer. Nu er de tre studerendes plan at videreudvikle appen og gøre den klar til et større marked – i første omgang Skandinavien og dele af Europa.

patentidéer er indberettet på DTU fra årsskiftet og frem til 20. oktober 2016.

e mere p å t a d et . d k , e lle r S d own l o a d ’ t a ’ d et ’ i A p p Sto re el l e r p å G o o gle P lay .

BLU S E N S E D IAG N O S T ICS

DTU-spinout skal bekæmpe zikavirus USAID – The US Agency for International Development – har udvalgt spinout-virksomheden BluSense Diagnostics til at deltage i bekæmpelsen af den frygtede zikavirus.

BluSense, som er en spinout fra DTU Nanotech, er langt fremme med at udvikle et system, hvor man hurtigt og billigt kan diagnosticere bærere af en anden myggebåren virus, denguefeber. Virksomhedens løsning er et lille apparat og en engangschip, der kan genkende denguefeber på baggrund af en analyse af en enkelt bloddråbe.

Dette system skal nu videreudvikles, så det også kan bruges til at detektere zikavirus.

S e mere p å b l u s en s e- d ia g n o st ic s . co m

A n n e K irst en F red erik s en , C h rist in a Tæ k ker, Lo u is e S i m o n se n

S m a r t G u r lz

EN ERGIOPTIMERIN G

C 0 2 -RED U KT I O N

DY N A M O

47

12

16

DTU

27

Alle tiltag er velkomne, når det gælder om at nedbringe skibsfartens energiforbrug. En ny test viser, at der er noget at hente ved at omdanne spildvarme til strøm ombord på et af Mærsks skibe.

På vej til en grønnere skibsfart Lisb eth Lasse n Mae rsk Lin e

S

kibsfarten tegner sig for en stor del af verdens samlede energiforbrug og CO2-ud­ ledning. Så selvom transport af varer til søs anses for at være en klimavenlig transportform, kan der være store gevinster at hente ved at reducere f.eks. containerskibes energiforbrug. Maersk Line, som står for en betydelig del af den globale con­ tainertransport, har sat sig som mål at reducere selskabets CO2-udslip med 60 procent inden 2020. Det er bag­ grunden for, at virksomheden deltager i en række større og mindre udvik­ lingsprojekter, som samlet set kan gøre den globale transport af varer mere bæredygtig.

Containerskibet Arnold Maersk indgår i et af disse projekter, som foregår i samarbejde med DTU. Skibet er blevet udstyret med et nyt anlæg, der er baseret på en forholdsvis ny teknologi kaldet Organic Rankine Cycle (ORC, se faktaboks), som bl.a. kan omdanne spildvarme til strøm.

En teknologi, som forskere på DTU Mekanik er eksperter i.

På en rute fra Singapore til USA’s østkyst har anlægget ombord på Arnold Maersk haft en stabil elproduk­ tion på op til 125 kW ved at udnytte den del af energien fra forbrændingen, som under normale forhold ellers ville gå tabt som varme. ”Det vigtigste har i første omgang været at verificere teknologien,” for­ tæller Peter Lystrup Christensen, innovation portfolio manager hos Maersk Maritime Technology. ”Og testanlægget viste sig at fungere med en meget stabil produktion.”

Forskerne testede ORC-teknologien ombord på contai­ nerskibet Arnold Maersk. Her er det dog søsterskibet Susan Maersk, vi ser kølvandet af.

En lille, men velfungerende brik Containerskibe er særlig energikræ­ vende, fordi mange af containerne indeholder varer, som kræver køling eller ganske bestemte temperaturfor­ hold. ”Hos Maersk Line ser vi et stort potentiale i lavtemperatur-spildvar­ me-teknologien og vil gerne teste teknologien af hensyn til vores mål med at reducere CO2-udledningen,” siger Peter Lystrup Christensen, som understreger, at der stadig forestår et stort udviklingsarbejde. For at man kan se en effekt af den strøm, der bliver produceret, skal anlægget f.eks. have større kapacitet. ”Vi kan jo se nu, at teknologien virker stabilt. Men så er der andre spørgsmål, der dukker op. Hvordan kan vi designe et produktionsanlæg, som giver 1.250 kW i stedet for 125 kW? Anlægget er også meget stort, så hvordan kan vi reducere størrelsen?

Prisen for at producere et anlæg skal

Sådan fungerer en organic rankine cycle ORC-teknologien kan udnytte den del af energien fra forbrændingen, som under normale forhold ellers ville gå tabt som varme. Det sker ved, at anlægget har en arbejdsvæske med et kogepunkt, som er lavere end vand, som derved kan udnytte lavtemperaturkilderne. Arbejdsvæsken pumpes ind i en kedel, hvor den fordamper og sendes gennem en turbine, som producerer elektricitet. Dernæst sendes arbejdsvæsken gennem en varmeveksler, hvor den kondenserer og så starter i kredsløbet igen.

Læs mere p å p il oto rc . mek . d t u . d k

også ned. Og hvordan kan man inte­ grere strømproduktionen fra anlægget med de traditionelle generatorer?” spørger Peter Lystrup Christensen.

På vej mod det optimale anlæg Ombord på Arnold Maersk hentede forskerteamet fra DTU en stor mæng­ de data med hjem. Data, som skal bruges til fremover at justere anlægget, så man kan finde frem til den optimale installation. ”Ud fra data kan vi se, hvor mange kilowatt-timer anlægget har produ­ ceret, og hvilke parametre vi vil skulle ændre på for at optimere processen,” siger Fredrik Haglind, lektor på DTU Mekanik. ”Vi interesserer os især for, hvad det betyder, at det havvand, som anlægget tager ind, varierer i tempe­ ratur. Hvis anlægget skal fungere opti­ malt, er det nemlig vigtigt, at det ikke er for varmt. Desuden skal vi bruge de indsamlede data til at validere vores beregningsmodeller,” fortæller Fredrik Haglind.

DTU-forskerne skal nu opbygge en model, så man kan vurdere potentialet i hele Maersk Lines flåde. ”Med DTU’s modelberegninger vil vi kunne lave bedre estimater af vores nuværende og fremtidige flåde. Og vi håber på at få nye input til at optimere designet af systemet, så vi får et anlæg, som er billigere at fremstille, og som fylder mindre,” slutter Peter Lystrup Christensen.

DTU’s bidrag til projektet er finan­ sieret af Den Danske Maritime Fond.

28

I NTE RV I E W P OLYMERER

H.C. Ørsted-forelæsninger To gange om året inviterer DTU fremtrædende internationale forskere til at forelæse om deres arbejde, forskningsresultater og perspektiverne i deres forskningsområde ved de såkaldte Ørsted Lectures.

Forelæsningerne er åbne for alle.

Se eller gense nogle af de tidligere forelæsninger, og få information om kommende forelæsninger her: d tu .d k/ H C -O e rste d -Le ct ure

Han forsker i magiske materialer

DYNAM O

47

12

1 6

Hurtig heling efter et hjerte­ tilfælde. Tyggegummi, der let fjernes fra fortovet.

Stærke materialer med bløde overflader. Mød en af verdens førende eksperter i polymerer – materialer, der har fantastiske egenskaber.

Mo rte n An d e rse n DTU

V

erden er allerede fuld af polymerer, men ifølge professor Frank S. Bates, University of Minnesota, har vi kun set en lille flig af det, de kan anvendes til. ”F.eks. samarbejder min forskningsgruppe med hjertelæger.

Sammen har vi vist, at patienter, som skal komme sig efter et hjertetilfælde, klarer sig markant bedre, når de behandles med bestemte polymerer.”

Forskernes studier tyder nemlig på, at polymererne ændrer overfladeegenskaberne i hjertets celler på en måde, der er gavnlig for helingsprocessen. ”Faktisk forstår vi ikke mekanismen helt. Det arbejder vi fortsat på at afklare.

Min pointe er imidlertid at vise, hvorfor det er så fascine-

Bates’ forskergruppe kan bygge polymerer, som har forskellige egenskaber i det samme molekyle, så et stof f.eks. kan blive vand-afvisende og -sugende på sam­ me tid.

DTU

29

rende at arbejde med polymerer.

Tilsyneladende kan en relativt lille tilpasning forandre et materiale, som sælges billigt i store mængder over hele verden, til et medicinsk højværdistof.”

”Vi kan ikke lukke øjnene for, at polymermaterialer hober sig op i vores oceaner, hvor de efterhånden udgør enorme, flydende øer. Vi bliver nødt til at udvikle bæredygtige polymerer.”

Stoffer med magiske egenskaber Frank Bates er især kendt for sine studier af komplekse polymerer.

Det er muligt at skabe polymerer, der i virkeligheden er en kombination af forskellige polymerer i det samme molekyle. Det kaldes en copolymer. På den måde kan man få forskellige kemiske egenskaber på forskellige sider af det samme molekyle. F.eks. kan molekylet være vandskyende (hydrofobt) på den ene side, men meget villigt til at forbinde sig med vand (hydrofilt) på den anden. Eller molekylet kan være stift med stor mekanisk styrke på den ene side og blødt på den anden side.

Med andre ord kan copolymerer skabe materialer, der tilsyneladende har magiske egenskaber. Dette felt er dog kun i sin vorden, når det gælder praktiske anvendelser.

Samtidig med at polymererne er gavnlige stoffer med egenskaber, der vil kunne løse en række udfordringer, skaber de også enorme problemer, som polymerforskerne er nødt til at tackle, mener Frank Bates:

Erstat olie med mælkesyre Han understreger, at opgaven med at skabe bæredygtige polymerer i sig selv er overkommelig. Når man fremstiller polymerer, starter man altid med mindre byggesten, de såkaldte monomerer. ”I dag får vi monomerer fra råolie. Men der er intet til hinder for, at vi i stedet får dem fra cellulose, sukker og andre fornybare, biologiske råstoffer. Desuden er det muligt at forbinde disse monomerer på en måde, så de kun hænger sammen som polymerer i en vis periode. Herefter kan de nedbrydes tilbage til monomerer.

Som derefter igen nedbrydes videre, så man til sidst blot har vand og kuldioxid. Det store problem er i virkeligheden ikke kemisk, men derimod økonomisk.

De oliebaserede polymerer er simpelthen meget billige.”

To oliebaserede polymerer – polyethylen (PE) og polypropylen (PP) – tegner sig tilsammen for to tredjedele af verdensmarkedet for polymerer. Og de to stoffer anslås at udgøre en værdi af ca. 400 mia. dollar årligt. Disse stoffer ville i stedet for olie kunne fremstilles af mælkesyre. ”Mælkesyre er et eksempel på de lovende fornybare biopolymer­ råvarer, vi har til rådighed. I øjeblikket er fremstillingsprisen for de biobaserede stoffer dog for høj. Men det må vi ikke lade os afskrække af.”

En stor forskel på de oliebaserede og de biologiske råvarer er, at der er ilt til stede i de biologiske. ”Tilstedeværelsen af ilt ændrer de termodynamiske egenskaber markant. Det betyder, at man ikke kan forvente, at de samme produk-

30

I NTE RV I E W

tionsprocesser vil være effektive.

Imidlertid er det min klare overbevisning, at man kan finde nye processer, hvor tilstedeværelsen af ilt ikke blot er mindre problematisk, men direkte gavnlig. Man må huske på, at produktionen af PE og PP er blevet optimeret over mere end 80 år, mens forskningen i biopolymerer kun har fundet sted i det seneste årti. Der er al mulig grund til at forvente, at prisen vil komme ned, i takt med at der findes mere effektive processer.”

Til gengæld er en lavere pris absolut nødvendig, mener Frank Bates: ”Man kan nu engang ikke tvinge folk til at betale en højere pris for et produkt, selvom det er mere miljøvenligt.”

Tyggegummi førte til ny erkendelse Frank Bates deltager selv i bestræbelserne gennem sit engagement i Center for Bæredygtige Polymerer ved University of Minnesota. ”I min egen forskningsgruppe udfører vi grundforskning. Men jeg understreger altid for mine studerende, at vi skal have et øje for praktiske anvendelser. I øvrigt går dette begge veje. Ny teori fører

Frank S. Bates har et årelangt samarbejde med DTU Nanotech.

Hans forelæsning på DTU, som fandt sted i september 2016, er en udløber af dette samarbejde.

til nye anvendelser, men det sker også, at anvendelser inspirerer til ny teori.”

Et aktuelt eksempel er et samarbejde med virksomheden Wrigley, der fremstiller tyggegummi. ”Vores mål var at undersøge, om vi kunne udvikle tyggegummi, der ikke klæber til fortove og lignende overflader, når det bliver spyttet ud, og som dermed er lettere at fjerne.”

Projektet har endnu ikke har udmøntet sig i en ny type tygge­ gummi på markedet. Men det skyldes udelukkende, at virksomheden på nuværende tidspunkt mangler et økonomisk incitament til at ændre produktionen. Det er nemlig langt fra sikkert, at forbrugerne vil være parate til at købe et

COPOLYMERER Copolymer (som f.eks. plast) er dannet ved polymerisation af to eller flere forskellige monomere forbindelser, til forskel fra en homopolymer, der er dannet ved polymerisation af én monomer.

Der er et meget stort antal teoretiske muligheder for dannelse af copolymerer; mange udmærker sig ved særlige egenskaber og har derfor fået stor samfundsmæssig betydning. Nogle eksempler er butadien-styren copolymerer (SB-gummi, ’syntetisk gummi’), isobutylen-isopren copolymerer (butylgummi), vinylidenklorid-vinylklorid copolymerer (f.eks. husholdingsfilm) og acrylonitril-vinylacetat copolymerer (Orlon-fibre til beklædning).

KILDE: GYLDENDAL’S DEN STORE DANSKE

P O LYME RE R

mere miljøvenligt produkt. Men set fra et videnskabeligt synspunkt har projektet været en succes. Der er udtaget fire patenter og indhentet ny grundlæggende viden.

I forbindelse med tyggegummiprojektet har Frank Bates og hans kolleger fundet såkaldte kvasi­krystaller i polymererne.

Kvasi­krystaller er selvorganiserede partikler, som på én og samme tid udviser egenskaber som fast stof, som man kender det i krystaller, og væskelignende egenskaber. ”Vi blev forbløffede over det mønster, vi så på vores røntgenoptagelser af vores sammensmeltede copolymerer. Det ledte os til ny indsigt i det fænomen, der kaldes symmetribrydning, og som er fundamentalt inden for materialeforskning. Fænomenet symmetribrydning er et nøglebegreb inden for smeltede metaller og legeringer.”

Fik eksperimenter udført i Danmark Interviewet til Dynamo finder sted i forbindelse med Frank Bates’ H.C. Ørsted-forelæsning på DTU. Invitationen var en udløber af et langvarigt dansk-amerikansk samarbejde. ”Kristoffer Almdal (som i dag er professor ved DTU Nanotech, red.) var min første postdoc. Han og jeg har bogstavelig talt bygget mit laboratorium sammen. Vi har holdt fast i samarbejdet, efter at Kristoffer rejste hjem til Danmark. I en række år var han også behjælpelig med at skaffe min forskningsgruppe tid på den daværende danske facilitet for neutronstråling ved forsøgsreaktoren DR3 på DTU Risø Campus.”

For den udenforstående kan det måske undre, at en amerikansk forsker søger helt til Danmark for at få tid på et forskningsanlæg. ”Neutronstråling er en meget knap ressource,” forklarer Frank Bates. ”Strålingen skal enten komme fra en atomreaktor eller et særligt spaltningsanlæg. Hverken sikkerhedsmæssigt eller økonomisk er nogen af de to løsninger inden for rækkevidde for et universitet.

I hele USA har vi kun to anlæg.

De bliver begge drevet som natio­

DYNAM O

47

12

1 6

”Polymerer bliver ved med at afsløre nye, forbløffende egenskaber.”

F R A N K S . B AT E S , P R O F E S S O R I M AT E R I A L E F O R S K N I N G VE D U N I VE R S I T Y O F M I N N E S O TA , U S A

nal­­laboratorier. Dvs. at forskere og virksomheder over hele landet konkurrerer om at få tid på dem.”

DR3-reaktoren på Risø blev taget ud af drift tilbage i 2000.

Siden har Frank Bates fået sine eksperimenter udført enten på de to amerikanske anlæg eller anlæg i andre europæiske lande end Danmark. ”Europa er længere fremme end USA, når det gælder neutronstråling. Efter min mening er det franske anlæg i Grenoble verdens bedste. Men også anlæg i Tyskland og Schweiz er langt fremme. De vil dog alle blive overgået, når ESS (European Spallation Source, red.) åbner i Sverige. Som bekendt er Danmark medejer af ESS, så jeg håber, at jeg kan få glæde af mine danske forbindelser endnu en gang!”

Polymerer kan transportere medicin Hvorfor er neutronstråling så vigtig for polymerforskningen? ”Ved studier af krystaller og andre faste strukturer er røntgenstråling typisk meget værdifuld.

Men for bløde materialer som polymerer er der en række forhold, hvor neutronstråling er endnu bedre. En af de centrale metoder går ud på at udskifte brintatomer i en prøve med deuterium. På den måde kan man mærke sine molekyler og efterfølgende studere, hvordan de organiserer sig i både tid og rum. Det er et unikt værktøj.”

Ud over til polymerer egner metoden sig særligt til studier af medicin og en række andre biologiske problemstillinger.

”F.eks. er ’drug delivery’ et område, hvor både viden om polymerer og biologi er relevant.

Copolymerer har stort potentiale for at transportere medicin frem til de rigtige steder i kroppen. Med en baggrund som kemiingeniør er jeg egentlig ikke uddannet til at forske i medicin, men i de senere år er jeg blevet så involveret, at jeg nærmest føler mig som en del af det felt!”

Imidlertid kan fremtiden også byde på anvendelser inden for mere traditionelle ingeniørområder, nemlig inden for fremstilling af komponenter til computere. ”En af de interessante ting ved copolymerer er, at man kan bruge

BLÅ BOG Frank S. Bates er professor i materialeforskning ved afdelingen for kemiteknik og materialeforskning, University of Minnesota, USA. Han leder Bates Research Group, der har polymermaterialers termodynamik og dynamiske egenskaber som forskningsområde. Han er uddannet som kemiingeniør og materialeforsker ved Massachusetts Institute of Technology (MIT) i 1979. Samme sted opnåede han sin ph.d.-grad i 1982.

Frank Bates’ navn er især knyttet til studier af såkaldte copolymerer, hvor forskellige polymerer kombineres med henblik på at opnå nye egenskaber. Frank Bates er medlem af det amerikanske akademi for ingeniørvidenskab, National Academy of Engineering, og af akademiet for kunst og videnskab, American Academy of Arts and Sciences.

DTU

31

dem til at give overfladen af silicium-skiver bestemte mønstre med unik opløsning i nanoskala. Denne type materialer bliver udviklet med henblik på at forøge ydeevnen i computerchips og hukommelsesenheder. Og appetitten på stadig hurtigere computere med stadig større hukommelse er fortsat stor.”

Inspiration fra sommerfuglen Tilbage til kvasikrystallerne. For her ser Frank Bates bl.a. spændende perspektiver inden for fotonikken: ”Det er velkendt, at lys kan manipuleres i materialer ved hjælp af såkaldte fotoniske båndgab. Gabene skal fremstilles uhyre nøjagtigt inden for længdeskalaer på 1001.000 nanometer. Denne præcision er en enorm udfordring, når man bruger traditionelle fremstillingsteknikker. Løsningen kunne være at udnytte den evne, som copolymerer med indbyggede kvasikrystaller har til at organisere sig selv.”

Et beslægtet forskningsområde er at udnytte mikrostrukturering af overflader til at skabe bestemte egenskaber. ”F.eks. har forskere ved DTU Nanotech og andre forskere vist, at mikrostrukturering tilsyneladende kan få et materiale til at ændre farve. Princippet kendes fra sommerfugles vinger. Med andre ord kan man undgå at bruge farvestof ved i stedet at give overfladen en bestemt struktur. Nu er vi tilbage til temaet om bæredygtighed!”

Samtidig bekræfter eksemplet en anden af Bates’ observationer: ”Mange gange i løbet af min karriere har jeg hørt folk sige, at ’nu ved vi alt’ om et givent emne. Jeg må tilstå, at jeg også selv har sagt sådan ved nogle lejligheder. Men hver eneste gang har det vist sig, at vi tog fejl. Polymerer bliver ved at afsløre nye, forbløffende egenskaber!”

K ristof fe r A lm d a l, p rofe sso r, DT U N a n ot e c h , k ra l@ n a n ot e c h . d t u . d k

32

Kæmpestore op­pustelige mem­braner i loftet i en koncertsal sørger for den perfekte lyd.

E NT RE P RE NØRSKAB

A KU S T I K

A n n e Ki r st e n Fre d e r i k se n Flex Aco u st i c s

Dansk forskning bag god koncertlyd Den førende forskning i optimal lyd til pop- og rockkoncerter er dansk og har resulteret i både internationale anbefalinger til musikspillesteder, nye norske standarder og en opfindelse, der installeres i førende udenlandske koncerthaller.

DYN AMO

47

12

16

L

ydkvaliteten til en koncert bliver ofte bedømt af både anmeldere og publikum, og der kan falde hårde domme i den anledning. De færreste er dog klar over, at der ligger avanceret forskning bag optimering af lyden i koncertsalene. ”Mange spillesteder skal kunne afholde koncerter inden for flere forskellige musikgenrer, både klassisk og rytmisk musik. Men der er helt forskellige krav til klangen i salen, afhængigt af hvilken musikgenre der er tale om. Den klassiske musik kræver lang efterklang, mens det er lige modsat for den rytmiske musik. Så de store pop- og rockbands fremtræder bedst til koncerter, hvis navnlig de laveste frekvenser og dermed bastonerne har en kort efterklangstid,” fortæller Niels Werner Adelman-Larsen.

Han står bag virksomheden Flex Acoustics og har siden sin studietid på DTU forsket i akustik til rytmisk musik og i, hvordan membraner kan anvendes til at absorbere lyd på spillesteder for at give optimale forhold for de lave frekvenser i den rytmiske musik.

Forskningssamarbejde Niels Werner Adelman-Larsen er indtil videre den eneste i verden, der har beskæftiget sig så indgående med området, og han er i dag en internatio­ nalt anerkendt forsker og specialist, der deltager med oplæg på konferencer verden over, ligesom han bliver konsulteret om råd til indretning af spillesteder med variabel akustik. ”Min forskning resulterede tilbage i 2010-11 i en række anbefalinger for indretning af musiksteder, der præsenterer forstærket, rytmisk musik. Disse anbefalinger er sågar blevet en del af Norsk Standard og bruges også flittigt i andre lande, hvilket jeg er meget stolt over.”

Niels Werner Adelman-Larsens akustikforskning sker i tæt samarbejde

DTU

33

Flex Acoustics’ rørformede mem­ braner blev sat op, da boybandet One Direction spillede i Amsterdam Arena i 2014.

Flex Acoustics’ membraner kan tilpasses, så de op­ timerer akustikken til såvel klassisk som rytmisk musik.

med forskere på DTU Elektro, heriblandt med lektor Cheol-Ho Jeong, der bl.a. står for statistikanalyser og for at gennemføre tests i universitetets klangkammer-laboratorium. Cheol-Ho Jeong uddyber: ”Forskningen i akustik i klassiske koncerthaller er forholdsvis omfattende, men vi er ikke så mange, der interesserer os for akustikken på musiksteder for jazz, pop og rock. Det er underligt, da det på ingen måde er proportionelt med antallet af spillesteder og afholdte koncerter inden for de to musikområder,” siger han.

”Det er min interesse for og kærlighed til musik og den gode lyd, der driver værket.”

NIELS WERNER ADELMANN-LARSEN, AKUSTIKFORSKER OG OPFINDER

Kæmpemembran dæmper vibrationer Niels Werner Adelman-Larsen er dog ikke kun forsker. Der bor også en Ole Opfinder i ham. Derfor har han grund-

lagt virksomheden Flex Acoustics og udviklet en oppustelig membran til brug i koncertsale. Membranen gør variabel absorption af de lave frekvenser i musikken mulig. Populært sagt er hans opfindelse udformet som en stor, svævende luftmadras, udarbejdet i meget tyndt brandhæmmet plastik med en høj indre dæmpning, der æder vibrationerne i koncertsalen.

Når salen skal anvendes til klassisk musik, lukkes luften ud af membranen, så der bliver en længere efterklangstid, som er ønsket i denne musikgenre.

Omvendt pustes absorbenten op, når der afholdes en rytmisk koncert.

Membraner fra Flex Acoustics er bl.a. blevet brugt ved Eurovision Song Contest i København i 2014 og er solgt til flere internationale koncerthuse, bl.a. i Dubai, Kuwait og Korea. Og i sommeren 2016 sørgede membranerne for perfekt lyd til en stor koncert med popikonet Rihanna på Amsterdam Arena.

Niels Werner Adelman-Larsen er hverken færdig med sin forskning eller med at forfine sit produkt. ”Det er min interesse og kærlighed til musik og den gode lyd, der driver værket. Jeg er selv gammel musiker og har turneret land og rige rundt med mit band og ved af egen erfaring, hvor stor forskel der er på spillestedernes akustik, og hvad det betyder for den samlede musikoplevelse,” siger Niels Werner Adelman-Larsen. h eo l - H o J eo ng, le k to r, DT U Ele k t ro , C c h j@ el ek t ro . d t u . d k L æ s mere o m Flex Aco u st i c s p å f lexa c . co m

34

S P IL D E VAN D SAN ALYS E

NY FO RS K NI NG S D I S C I P LI N

INGENIØRER SPORER Analyser af spildevand kan afsløre, hvilke stoffer der indtages i byerne – og hvor meget. Denne viden skyldes en ny, spirende forskningsdisciplin: wastewater-based epidemiology.

CA. 1 PROCENT AF DEN VOKSNE EUROPÆISKE BEFOLKNING VURDERES AT VÆRE DAGLIGE ELLER NÆSTEN DAGLIGE CANNABISMISBRUGERE. KILDE: EUROPÆISK NARKOTIKARAPPORT, 2016, DET EUROPÆISKE OVERVÅGNINGSCENTER FOR NARKOTIKA OG NARKOTIKAMISBRUG (EMCDDA).

Lot t e Kr u ll S c a n p i x, Pe d ra m R a m i n

DYNAM O

47

12

16

DTU

35

Internationalt samarbejde om spildevandsanalyse Sewprof er et forsknings- og uddannelsesnetværk med 16 institutioner fra en række europæiske lande: Danmark, Storbritannien, Belgien, Tyskland, Holland, Norge, Schweiz, Portugal, Spanien og Italien. Med støtte fra EU startede Sewprof i 2012, og hovedformålet var at udvikle en ny tilgang til lokal sundhedsovervågning baseret på spildevandsanalyser. Tilgangen har været tværfaglig med eksperter inden for analyse- og miljøvidenskab, matematisk modellering, farmakologi, toksikologi samt social- og sundhedsvidenskab og ingeniører med kendskab til vand og epidemiologi.

STOFMISBRUG I KLOAKVAND

I

weekenderne topper det europæ­ iske kokainforbrug i London og Amsterdam. I samme tidsrum er vores nordiske naboer i Oslo europæiske stormestre inden for metamfetamin. København har en syvendeplads som sin højeste placering på den europæiske hitliste over week­ endernes stofmisbrug, og det er inden for kategorien ecstasy. Men selvom ecstasy er mere udbredt i København end i de fleste europæiske byer, er det dog ikke københavnernes foretrukne stof: Det er kokainen – forbruget er dog langt under det halve af det niveau, man finder i London.

Vandprøver fra rensningsanlægget Lynetten i København indgår i overvågnin­ gen af narkotika­ forbruget i Europa.

Der er forskel på europæernes fore­ trukne partystoffer målt som forbrug i milligram per 1.000 indbyggere. Der er tale om estimater baseret på spilde­ vandsanalyser, som i 2015 blev ind­ samlet i 44 byer i 18 europæiske lande.

Stofferne ender i spildevandet, når borgerne går på toilettet og udskiller dem via urinen. Spildevandsdataene fra de 44 europæiske byer indgår i Det Europæiske Overvågningscenter for Narkotika og Narkotikamisbrugs (EMCDDA) arbejde med at følge udbredelsen af narkotiske stoffer i Europa. Metoderne til at estimere et samfunds stofmisbrug er dog stadig

i sin vorden og endnu behæftet med stor usikkerhed. Det arbejder det inter­ nationale forskningsprojekt Sewprof, med deltagelse af DTU Miljø, på at forbedre.

Synkron indsamling af kloakvand Indsamlingen af spildevand fra byerne er sket i stort koordinerede aktioner, hvor der var fuldstændig synkronicitet helt ned på antal vandprøver, dato og klokkeslæt. De danske vandprøver er blevet samlet ind ved rensnings­ anlægget Lynetten i København med hjælp af lektor Benedek Plósz og

36

SP I L DE VA NDSA N ALYSE

ph.d.-studerende Pedram Ramin fra DTU Miljø. Plósz har arbejdet med det spirende fagområde ’wastewater-based epidemiology’ i knap ti år, og siden 2010 er hans arbejde foregået på DTU. Bidraget med spildevandsanalyser til EMCDDA er sket i regi af Sewprof, hvor Plósz ud over at have udviklet indsamlingsmetoderne også har udviklet de matematiske modeller, der anvendes til at estimere de kemiske stoffers reaktioner og transformation i kloakken. ”I Sewprof-projektet har vi arbejdet på at reducere usikkerhederne, når vi estimerer stofmisbrug gennem spildevandsanalyse. En vigtig del af det er at vide, hvad der foregår med stofferne, mens de opholder sig i kloakken,” forklarer Benedek Plósz.

Spildevandsanalyser kan bruges til meget andet end at estimere narkomisbrug. De rummer også potentialet til at følge udviklingen i f.eks. medicinog antibiotikaforbrug, i pesticidudsondring og til at måle den generelle sundhedstilstand hos en gruppe borgere. Men det kræver vel at mærke,

NY FO R S K N I N G S DI S C I P L I N

Forskere på DTU Miljø opstillede en forsøgs­ kloak for at simulere forholdene i de køben­ havnske kloakker.

at der udvikles andre matematiske modeller, da der er tale om at følge helt andre stoffer og deres reaktionsforløb i kloakkerne.

Spildevand afslører skyggetal EMCDDA kalder spildevandsanalyser for en fremadstormende videnskabelig disciplin, der kan fremskaffe informationer, som ellers er svært tilgængelige: ”Overvågning af narkotikamisbrug er svært på grund af misbrugets skjulte og komplekse natur. Spildevandsanalyser ser lovende ud i forhold til at komplementere nuværende metoder til at måle stofmisbrug,” skriver EMCDDA i rapporten ’Assessing illicit drugs in wastewater’ og uddyber: ”Spildevandsanalyse har nogle klare fordele i forhold til andre metoder som selvrapportering, fordi det er muligt at identificere det sande omfang af de forskellige stoffer, der indtages, hvilket har stor betydning, da brugerne ofte ikke kender den præcise blanding af stoffer, som de har indtaget.”

Oftest estimeres omfanget af misbrug og stoffer ud fra politiets beslaglæggelser, socialrådgiveres og lignende kontaktpersoners berøring med borgerne samt borgernes selvrapporterede

KOKAINFORBRUGET ER HØJERE I VEST- OG SYDEUROPÆISKE LANDE, MENS AMFETAMIN ER MERE FREMHERSKENDE I NORGE SAMT DET CENTRALE OG ØSTLIGE EUROPA. KILDE: EUROPÆISK NARKOTIKARAPPORT, 2016, DET EUROPÆISKE OVERVÅGNINGSCENTER FOR NARKOTIKA OG NARKOTIKAMISBRUG (EMCDDA).

Ph.d.-studerende Pedram Ramin ind­ samler spildevand på Lynetten til at opbygge en kunstig kloak på DTU Miljø.

forbrug. Men disse fremgangsmåder skjuler et stort skyggetal, som spildevandsanalyser kan hive frem i lyset.

Komplicerede udregninger ligger bag Lige så enkelt som det lyder at gå via kloakken for at få et overblik over stofmisbrug i europæiske storbyer, lige så komplicerede er de bagvedliggende udregninger, der har krævet udvikling af nye statistiske værktøjer og matematiske modeller, der tilsammen giver et estimat på, hvor meget stof der er blevet konsumeret. ”Når stoffet udskilles fra menneskekroppen, sker der yderligere en kemisk nedbrydning i kloakken. Derfor leder vi ikke efter ecstasy eller kokain i spildevandet, men efter nedbrydningsstofferne fra dem. I vores forskning har vi haft særligt fokus på at undersøge stoffernes reaktionsforløb, dvs. de forskellige

DYNAM O

47

12

1 6

DTU

Interaktivt europakort På Det Europæiske Overvågningscenter for Narkotika og Narkotikamisbrugs (EMCDDA) website kan man finde et interaktivt europakort og se det estimerede forbrug af forskellige stoffer i en række lande og sammenligne misbruget geografisk, men også variationen af forbrug på hverdage og i weekenden. www. emc d d a . eu ro p a . eu / to p ic s / p o d s / wa st e- wa t er- a n a l ys is

hastigheder og måder, stofferne transformeres på, imens de føres gennem kloakken,” forklarer Benedek Plósz.

Simulerede københavnsk kloak Identifikationen af narkotiske stoffer i kloakken besværliggøres endvidere ved, at nedbrydningen af et stof afhænger af, hvor længe det opholder sig i kloakken, før det ender i et spilde­

vandsanlæg, og det afhænger også af temperaturer, pH-værdi, og hvilke andre substanser der i øvrigt er nede i kloakken, samt om den øvrige gennemstrømning af kloakvand er høj eller lav.

Derfor måtte forskerne ved DTU Miljø opsætte forsøg i laboratoriet, der så vidt muligt simulerede forholdene i de københavnske kloakker. For at sikre

37

den rigtige sammensætning af biofilm og substanser i ’forsøgskloakken’ blev rigtigt spildevand hentet ind, og for at finde de rigtige og stabile nedbrydningsprodukter blev medicinsk heroin indkøbt og tilsat den kunstige kloak i laboratoriet. ”Med de rigtige matematiske modeller kan vi regne baglæns og estimere, hvor meget stof der oprindeligt er blevet konsumeret på et givet tidspunkt,” fortæller Benedek Plósz, der understreger, at på trods af præcise modeller vil estimatet alligevel være forbundet med en vis usikkerhed: ”Det er jo ikke sikkert, at folk går på toilettet dér, hvor de indtog stoffet.

Måske tisser de på gaden eller når hjem, inden de går på toilettet, og så bliver stoffet måske opsamlet i et helt andet rensningsanlæg.”

Distortion kunne måles i spildevandet Ikke desto mindre kunne ph.d.-studerende Pedram Ramin ved spildevandsanalyser under Distortion i København 2014 konstatere, at kokainforbruget i hovedstaden under festivalen steg til det 20-dobbelte i forhold til forbruget på en normal hverdag.

Benedek Plósz forklarer, at forskerne er tæt på at kunne tilbyde et nyudviklet værktøj, som kan hjælpe myndigheder med at følge stoffernes udbredelse, identificere særlige geografiske problem­områder og ud fra denne viden mere effektivt planlægge en social og forebyggende indsats. ”Vi håber, at vi i løbet af et til to år har et beslutningsstøttende værktøj til dem, der arbejder med sociale og sundhedsmæssige indsatser i samfundet.

Med spildevandsanalyser er det muligt hurtigere at få et øjebliksbillede af problemernes omfang.” en ed ek P l ó sz, le k to r, DT U M i lj ø , B b eep @ env. d t u. d k

38

FO RSKN I NGSBA SE RE T RÅ DGI V N I NG

NY H EDER

Ny energirapport:

Energi-, vand- og fødevareområdet skal ses i sammenhæng Vand er af afgørende betydning for energisektoren. F.eks. kræver langt de fleste kraftværker store mængder kølevand for at producere elektricitet. Omvendt bruges der masser af energi på at udvinde og fordele rent drikkevand. Spildevandet skal renses gennem energikrævende processer. Moderne landbrug er baseret på rigelig adgang til både energi og vand. Derfor skal

de tre livsvigtige sektorer ses i sammenhæng i den såkaldte energi-vand-fødevare-nexus. Der er voksende pres på alle tre sektorer som følge af befolkningstilvækst, og klimaændringerne øger dette pres. Alligevel træffes de politiske og administrative beslutninger af hver deres institutioner inden for hver af de tre sektorer, ofte uden blik for de mange sammenhænge

og gensidige påvirkninger. DTU International Energy Report 2016 behandler disse spørgsmål og analyserer udfordringer og muligheder for at behandle de tre sektorer i sammenhæng, lige fra lokalt til globalt plan. Målet er at øge forsyningssikkerheden og bæredygtigheden i alle tre sektorer. æ s mere i DTU I nt ern at io n a l E n erg y L Rep o rt 2 0 1 6 h er: l . d t u . d k / g 7 3 i

Nyt center sætter fokus på sikkerhed DTU samler nu sine kompetencer inden for sikkerheds- og forsvarsområdet og danner centret Security DTU. Security DTU er et tværgående videns- og rådgivningscenter, som skal gøre det nemmere for både myndigheder og virksomheder at få adgang til DTU’s ekspertise på området

og evt. gå i samarbejde med universitetet. Centret samler universitetets viden inden for f.eks. cybersikkerhed, forsvarsteknologi, militær og civil overvågning i Arktis, redning, miljøberedskab og sikkerhed ved naturkatastrofer og involverer primært institutter, der har mangeårige samar-

bejdsrelationer med f.eks. Forsvaret og virksomheder inden for sikkerheds- og forsvarsindustrien, og hvis kompetencer er af høj international klasse. Det er f.eks. DTU Compute, DTU Mekanik, DTU Elektro, DTU Fotonik og DTU Space.

Sø ren Bu rc h a rt h , c h ef ko n su le nt , DT U , sb u r @ d t u . d k

FLYTTER IND I ET LEVENDE LABORATORIUM De første beboere i EnergyLab Nordhavn er nu på vej til at flytte ind i deres lejligheder. Det er beboerne i de tre øverste etager af den gamle DLG-kornsilo Frihavnstårnet, der får et hjem med intelligent styring af lys, el og varme, sensorer, der måler CO2-niveauet, og adgang til et hav af andre smarte boligfunktioner. Til gengæld bidrager beboerne med data om deres energiforbrug og -adfærd til det levende storbylaboratorium, som EnergyLab Nordhavn er. Projektet har fokus på at optimere energiforbruget gennem intelligent styring af fremtidens energisystemer i samspil med boligsystemet – og uden at gå på kompromis med beboernes komfort. Ved at indsamle data om forbrug af el og fjernvarme kan man teste, hvordan der kan skabes et mere dynamisk energimarked, hvor produktion, distribution, forbrug og lagring af energi kan fungere i et sammenhængende system. Det er nødvendigt, da fremtidens energiproduktion i stigende grad vil svinge, fordi sol- og vindenergi udgør en større og større andel af produktionen. EnergyLab Nordhavn er et fire-årigt demonstrationsprojekt støttet af EUDP. C h ristof fer Greis en , p ro jek t l ed er, DT U Ele k t ro , c gre @ e le k t ro . d t u . d k S e mere o m E n erg yL a b N o rd h avn h er : ko r t li n k . d k / nt n n

DY N A M O

47

12

16

39

DTU

Bedre sygdoms­ overvågning af svin

Verdens første elbilflåde leverer strøm tilbage til elnettet

Nu er der godt nyt for overvågningen af sundhedstilstanden hos Danmarks 18,5 mio. slagtesvin og godt en halv mio. avlssøer.

Forskere på DTU Veterinærinstituttet har nemlig udviklet en ny metode til at detektere sygdomme i svinebesætninger. I første omgang kan forskerne detektere antistoffer i svineserum mod syv typer af ondartet lungesyge med den nye metode, en såkaldt serologisk multiplex-analyse.

Med de metoder, der traditionelt anvendes til sygdomsdiagnostik og -overvågning, detekterer man hovedsageligt antistoffer mod én enkelt bakterie- eller virustype ad gangen. Med den nyudviklede multiplex-analyse kan man derimod teste for og skelne imellem antistoffer imod helt op til 80 forskellige patogener i én arbejdsgang. På den måde bliver sygdomsovervågning og -forebyggelse i svineproduktionen både billigere og hurtigere. Metoden kan derfor give mulighed for at teste flere dyr hyppigere samt at teste for endnu flere patogener, end tilfældet er i dag, og på den måde dokumentere den høje sundhedsstatus, danske eksportsvin har, til gavn for både svineeksporten og for forbrugernes tillid.

Elbiler skal ikke kun være strømforbrugende transportmidler. De kan nemlig også bruges som strømlager. Det sker med den nye teknologi kaldet ’vehicle-to-grid’ (V2G), der nu testes i praksis. DTU er leder på projektet Parker, der kobler verdens første flåde elbiler til nettet for at få dem til at levere strøm tilbage. Det sker i samarbejde med Frederiksberg Kommune, som for nylig har indkøbt ti serieproducerede elbiler til formålet. V2G-teknologien har stor bevågenhed, fordi den giver elbilerne potentiale til at blive alternative strømforsyninger, der understøtter elnettet med strøm og dermed hjælper til at bringe systemet i balance, f.eks. når elproduktionen pludselig ikke matcher elforbruget – et problem, som i fremtiden vil opstå stadig

oftere, i takt med at strømmen produceres af vedvarende energikilder som sol og vind. ”Elbilerne kan reagere lynhurtigt på ubalancer i elnettet. Man kan mindske et overskud af strøm ved at tillade opladning af bilen, eller man kan mindske et underskud ved enten at stoppe opladningen eller lade bilen levere strøm til nettet,” siger projektleder Peter Bach Andersen, DTU Elektro.

Samtidig giver V2G-teknologien også økonomiske fordele til bilejeren. DTU’s beregninger viser, at der kan være en gevinst på 10.000 kr. årligt ved at sælge ydelser til elsystemet, oplyser Peter Bach Andersen.

L æ s mere o m Pa rker- p ro jek t et h e r : ko r t li n k . d k / n sb g

æ s m e re o m multiplex- analyseL m eto d e n h e r: l.dtu.dk/gc c 7 S an n e S cho u Berger, vid e nskab e l ig assistent, DTU Vete rin ærinstituttet, sasb e @vet.d tu.dk

Genforskning får international anerkendelse Verdenssundhedsorganisationen WHO har udnævnt DTU Fødevareinstituttet som sit første samarbejdscenter inden for ’genomics’. Dermed anerkender WHO DTU’s pioner­ arbejde inden for forskning i brugen af såkaldt helgenomsekventering – en teknologi, der kan afdække mikroorganismers totale DNA-profil på

én gang. Denne forskning er med til at sætte den internationale standard for påvisning, overvågning og studier af den globale spredning af sygdomsfremkaldende mikro­ organismer og antibiotikaresistente bakterier. Helgenom­ sekventeringsteknikker har nemlig vist sig banebrydende inden for den globale syg-

domsbekæmpelse, idet de gør det muligt hurtigere og mere præcist at finde frem til udbrudskilden til en sygdom og dermed reducere følgerne af og omkostningerne ved udbruddet. DTU’s forskere skal i samarbejdet rådgive WHO om den mest effektive globale brug af og udveksling af data om bakteriers DNA-profiler

samt støtte implementeringen af teknologien i f.eks. udviklingslande. æ s mere o m DT U Fø d eva re ­ L in st it u t t et s fo r sk n i n g i n d e n fo r h el g en o m se k ve nt e r i n g h e r : l . d t u . d k / uk v g F ra n k M ø lle r Aa re st r u p , p rofe sso r, DTU Fø d eva re i n st i t u t t et , f ma a @ fo od . d t u . d k

Leif Sø n d erb erg , Lo u is e Simo n s en , J ea n et t e I ren e N iel s en , Lot t e K ru l l , To m N ervil , M i r i a m M e i st e r

A B B , Ni ssa n

40

Nu kan børn selv bygge robotter Et par DTU-forskeres leg med tanken om at udvikle et robot­ system til laboratoriet endte med en verdensnyhed: Ved hjælp af specialudviklede byggeklodser og ekstrem simpel programmering på computeren kan børn helt ned til otteårsalderen nu bygge deres egen robot.

S P IN O U T- VIR K S O M H E D

RO BOTTE K NO LO G I

DY N A M O

47

12

16

Byggeklodsrobotter bliver testet af bruger­ ne; børn fra fritids- og ungdomsklubben Carlsvognen og unge fra HTX i Lyngby.

Karoline L a wæt z Shape Ro b ot ic s

DTU

41

sammen til f.eks. en robotarm eller et køretøj. Når det er gjort, giver du robotten nogle simple kommandoer i computerens programmeringsværktøj, og så gør robotten det, du har bedt den om. Så enkelt er det.

F

orestil dig, at du står i haven med højtryksspuleren på tredje time og renser hegn.

Du er kun nået halvvejs, og de monotone bevægelser frem og tilbage føles efterhånden uoverkommelige. Og kedelige. Tænk, hvis man kunne sætte en robot til at gøre det grove. Om ikke så længe kan det blive en realitet. ”Vi har udviklet et system af saml selv-robotter, der er store og stærke nok til at have en reel funktionalitet.

På den måde skiller de sig ud fra tilsvarende systemer,” fortæller David Johan Christensen, der er lektor på DTU Elektro og en af hovedkræfterne bag robotprojektet, der har fået navnet Fable.

Fable er fremstillet som moduler, som du på få sekunder kan sætte

Legetøj til undervisningen Netop nu er produktionen af de første 20 klassesæt med robotmoduler i fuld gang, og flere skoler har allerede bestilt et sæt Fable til undervisningen. ”Til en start bliver Fable produceret til undervisning i folkeskolen – helt ned til 2. klasse. I dag er færdigheder inden for teknologi og programmering jo vigtige, og med den teknologiske udvikling vil behovet formentlig kun vokse i fremtiden. Jo før eleverne stifter bekendtskab med det, jo bedre,” siger David Johan Christensen.

Han spår, at værktøjskassen med robotmoduler kommer til at indgå i undervisningen som legetøj, der for at virke kræver nøje kendskab til fagenes fundament. Det er intet problem at samle modulerne, men hvis opgaven f.eks. er at få robotten til at styre en

42

På Antvorskov Skole har elever brugt byg-selv-robotter­ ne i et projekt om velfærdsteknologi.

laserpointer, der skal tegne en bestemt figur på underlaget, skal man kunne sin geometri, og der skal være tjek på afstande og vinkler. ’Det virker bare’ Michael Fynsk er lærer og har været med til at teste Fable blandt elever fra folkeskolen. Han valgte at lade robotterne indgå i et projekt, der handlede om velfærdsteknologi. Eleverne skulle først besøge det lokale plejehjem og analysere behovet for automatisering, der kunne frigive tid hos plejepersonalet. Derefter gik eleverne så hjem og byggede robotter. ”Det blev et projekt, der med Fable som udgangspunkt kom til at omfatte vidt forskellige faglige emner,” fortæller Michael Fynsk.

I klasseværelset drøftede eleverne etiske aspekter. Hvor er det på sin plads at erstatte den menneskelige kontakt med robotter? Og hvor går grænsen?

Besøget på plejecentret overbeviste eleverne om, at en robot, der kan hjælpe med at made beboerne, ville aflaste og hjælpe alle involverede parter.

Fable Fable er udviklet på DTU og blev til spinout-virksomheden Shape Robotics i 2015, hvor første fokus er at få forskningsprototypen til at blive et produkt, som kan sælges til undervisning i folkeskolen.

Læs mere på shaperobotic s.co m

S P IN O U T- VIR K S O M H E D

”Eleverne skulle vælge moduler, så robotten fik den rigtige bæreevne og funktionalitet. Så skulle de analysere robottens bevægelser og programmere dem. Der er mange forhold at tage hensyn til, f.eks. afstand, vinkel og hastighed. Det nytter jo ikke noget, hvis det går for stærkt, så der ikke er mere mad tilbage på skeen, når den når frem til munden,” fortæller Michael Fynsk.

Under hele forløbet var fokus på det praktiske arbejde med Fable. ”Når beregningerne er lavet, er det meget enkelt at teste, om de er korrekte. Det er ’trial and error’, og du får klar besked med det samme.

Enten kommer maden det rigtige sted hen, eller også skal programmeringen justeres,” fortæller Michael Fynsk, der er behørigt imponeret over funktionaliteten. ”Fable virker bare. Hvis en robot ikke gør, som den skal, er det altid, fordi den er programmeret forkert.”

Han blev overrasket over, hvor let eleverne kombinerede Fable med erfaringer fra andre teknologiske platforme. ”Noget af det mest bemærkelsesværdige var elevernes evne til at supplere Fable med teknologi fra andre systemer. De tænkte det hele sammen til færdige, kreative løsninger, hvor alle deres kompetencer kom i spil,” fortæller Michael Fynsk.

I det hele taget lægger robotterne op til at behandle store emner som en samlet problemstilling. ”Man får for alvor mulighed for at gøre op med den kunstige opdeling af virkeligheden, som fagene i folkeskolen traditionelt lægger op til. Vi fik

RO BOTTE K NO LO G I

inddraget både etik, praktik, teknologi, matematik og fysik i vores velfærdsprojekt, og eleverne var ekstremt engagerede,” fortæller Michael Fynsk.

En avanceret skruetrækker Idéen til at fremstille modulrobotter blev til som en naturlig forlængelse af David Johan Christensens samarbejde med Lego. Her var han i tre år med til at udvikle nye, interaktive legoklodser, der ligesom Lego Mindstorms er virksomhedens bud på legerobotter. ”I den proces arbejdede vi naturligvis meget brugerorienteret, og det gav mig interessen for at lave ting, der også fungerer uden for universitetet i den rigtige verden,” fortæller David Johan Christensen.

Fable har været fem år undervejs, men hver gang David og hans kolleger har været ude at teste prototyperne på børn, har de fået blod på tanden til at arbejde videre. ”Vi kom altid hjem med en overbevisning om, at det bare skulle ud i verden, når vi havde været ude og mærke skolebørnenes begejstring,” fortæller David Johan Christensen.

Men undervisningsrobotter var absolut ikke forskernes udgangspunkt – snarere tværtimod.

DY N A M O

47

12

16

”Faktisk startede det hele med, at vi kunne tænke os et system, som gjorde det let for os selv at lave eksperimenter med forskellige typer robotter, f.eks. når vi skulle teste en ny kunstig intelligens-algoritme. Efter mit samarbejde med Lego var det oplagt at udvikle det selv, og så tog det ene skridt det andet,” fortæller David Johan Christensen.

Forskernes fokus på at få teknologien bragt uden for universitetets mure har foreløbig forsinket deres egne planer om at udvikle og teste nye kunstig intelligens-algoritmer – skole-

”Vi kan bygge relativt komplicerede robotter på sekunder, og de kan gøre, hvad man programmerer dem til.”

DAV I D J O H A N C H R I S TE N S E N , S H A P E RO B OT I C S

DTU

43

eleverne fik førsteprioritet. Men andre forskere har fået øje på mulighederne i Fable. Det gælder f.eks. det store EU-flagskibsprogram ’Human Brain Project’, et forskningsprojekt, som ledes af DTU’s samarbejdspartner, schweiziske EPFL. Her bliver Fable-robotterne kontrolleret af en hjernemodel, for at teste om hjernen kan lære robotten noget. ”Jeg sammenligner nogle gange Fable med det at anvende en skruetrækker. Den kan du lære at bruge som femårig, og de færdigheder kan gavne dig resten af livet. Senere vælger du måske at lave vildt avancerede ting med skruetrækkeren, men værktøjet er stadig det samme,” forklarer David Johan Christensen.

Noget andet end Lego Fable virker som et oplagt produkt med mange potentielle konkurrenter på markedet. Men endnu har ingen noget på hylderne, der til forveksling ligner Fable. ”Vores største konkurrent er nok Lego Mindstorms, men Legos robotter er principielt forskellige fra vores.

De tager flere timer at bygge, og hver model er som udgangspunkt beregnet til at se ud og fungere på én bestemt måde. Med Fable kan vi bygge relativt avancerede robotter på sekunder, og de kan gøre, hvad man programmerer dem til. Det er kun fantasien, der sætter grænser,” siger David Johan Christensen.

Selv drømmer han om at lave en robot til havearbejde og en til at rydde op på børnenes værelse. avid J o h a n Ch r i st e n se n , le k to r, D DTU E l ek t ro , d j c h r @ e le k t ro . d t u . d k

ZO O M

Mikrolaboratorium Med kun 10 mikroliter blod, en lille engangschip og et analyseapparat, der kan stå på bordet, kan dyrlæger verden over inden for få minutter få svar på blodprøver fra f.eks. hunde og katte.

Læs hele historien side 4.

DY N A M O

47

12

16