Naturligt snygga solceller och vedbatterier inspirerade av naturen

Miljövänlig elproduktion och lagring av elektrisk energi är två av framtidens största utmaningar. I Linköping söker Olle Inganäs nya lösningar, i gränslandet mellan naturen och elektroniken.

Olle Inganäs

Professor emeritus i biomolekylär och organisk elektronik

Wallenberg Scholar

Lärosäte:
Linköpings universitet

Forskningsområde:
Energiomvandling i gränssnittet mellan elektronik och biologiska system

Professor Olle Inganäs har en schäslong i arbetsrummet. På den brukar han ta en lur efter lunch när han inte har besök som i dag. Egentligen skulle han redan ha varit pensionär, men han ger inte intryck av att behöva vare sig lur eller pension. Inom en minut har han avverkat välkomstfraserna och nyfiket kastat sig in i ett samtal med fotograf Magnus Bergström om bildbearbetning och program som kan föråldra och föryngra ansiktsbilder.

När vi väl börjar prata forskning rusar samtalet fram mellan nya och gamla projekt, solceller, kinesisk materialforskning, urtidsdjur med kiselskal och framtidens energisystem.

Olle Inganäs är professor emeritus på avdelningen för biomolekylär och organisk elektronik vid Linköpings universitet, där han har anställt sig själv på halvtid med sitt förlängda anslag som Wallenberg Scholar. Han arbetar i fältet mellan elektronik och biologiska system, och har bland annat legat i frontlinjen i många år vad gäller forskning på organiska solceller, alltså solceller av plast.

”Jag har aldrig haft så mycket pengar att göra precis vad jag vill med. Nu kan jag göra något som har en hög risk – det kan bli ett misslyckande eller ett stort genombrott”

Pris och färgtrender ger nytt läge för organiska solceller

– Organiska solceller väger mycket mindre och kräver betydligt mindre material än traditionella solceller av kisel. Villkoren för konstruktion och användning blir helt annorlunda, säger Olle Inganäs.

Bland annat kan organiska solceller göras transparenta och i vilken färg som helst, så de kan bli en del av en byggnads dekor eller fästas över fönstren. Byggnadsintegration av solcellsmaterialen är ett av de områden som Olle Inganäs arbetar med just nu. Det han utvecklar i labbet måste integreras med andra material utan att förlora för mycket i prestanda, och produktionen måste kunna skalas upp från labbets kvadratmillimetrar till kvadratmetrar.

Organiska solceller brukade beskrivas som billiga jämfört med kiselsolceller, men på senare år har priserna sjunkit kraftigt på traditionella solceller. Och de organiska ligger fortfarande lägre i effektivitet, även om den stadigt förbättras.

– Men nu var jag på ett europeiskt branschmöte för traditionella solcellsföretag och märkte att en stor trend är att göra sämre solceller!

Olle Inganäs förklarar: Traditionella, svarta kiselsolceller anses fula. Därför vill tillverkarna nu erbjuda vita eller ockrafärgade celler, som skulle vara mer attraktiva för stadsplanerare eller boende.

– Men då får man ju i praktiken en del av ljuset att studsa bort och förlorar i energiverkningsgrad. De försämrar alltså sina celler för att de ska se bättre ut. Medan vi som arbetar med organiska solceller lätt kan göra olika färger utan att försämra vår prestanda. Så då möts vi på mitten!

Vedbatterier för lagring på plats

Olle Inganäs andra stora projekt i dag är batterier byggda på ämnet lignin. Det finns i trä och kan utvinnas ur svartlut, en restprodukt från papperstillverkning. Lignin innehåller gott om kolföreningar av en grupp som kallas kinoner, som fungerar som energibärare i många biologiska processer i naturen.

Olle Inganäs forskargrupp har hittat sätt att modifiera ligninet så att det går att använda till lagring av elektrisk energi i ”vedbatterier”.

– Nu arbetar vi på att skala upp dem, hitta material som fungerar ihop och som inte kostar för mycket. Det gäller att försöka lära sig allt om det man gör så att man hittar de problem som behöver lösas.

2019 års nobelpris i kemi gick till tre forskare bakom litiumjonbatteriet som har varit revolutionerande genom att lagra mycket energi i en liten volym. Det används därför i bärbar elektronik och i fordon – konstruktioner som är rörliga och där man har begränsat med plats.

– Sådan energitäthet som litiumjonbatteriernas kommer vi aldrig komma upp till. Men det som saknas i dag är en bra och billig teknik för att lagra el stationärt, där den produceras – till exempel lagra vindkraft från en storm till vindstilla dagar, eller solkraft från dagen till natten. Om man har plats och om massan inte är en stor faktor så behöver energitätheten inte vara så hög.

Genom att arbeta med organiska material från biologiska system som kan brytas ner i naturen utan risk för förgiftning, hoppas Olle Inganäs få fram miljövänliga batterier som kan ingå i framtidens energiförsörjning. Till exempel som en del av ”local grids”, när elektricitet produceras precis där den ska användas, med sol-, vind-, vattenkraft eller jordvärme.

– Jag är rätt road av att hitta vägar att använda saker från naturen för att åstadkomma raffinerade funktioner. För en tid sedan hittade jag en tabell från 1970-talet som sa att träkol leder ström ganska bra. Jag begav mig till närmaste kolmila för att mäta, och det stämde. Jag blev helt paff. Nu ska jag besöka fler kolmilor för att undersöka saken närmare och se om det kan användas till något. Man ska inte underskatta det här med upptäckt och förvåning. Att tappa hakan ibland, det tycker jag om!

Text Lisa Kirsebom
Bild Magnus Bergström