Laser har använts länge för att analysera bland annat förbränning i motorer. Nu tar forskare i Lund tekniken vidare till nanotrådar, plasman och biogas.
Projektanslag 2013
Advanced non-intrusive laser diagnostics of high temperature environments
Huvudsökande:
Marcus Aldén, professor i förbränningsfysik
Medsökande:
Per-Erik Bengtsson
Knut Deppert
Zhongshan Li
Edvin Lundgren
Lars Samuelsson
Danmarks Tekniska Universitet
Peter Glarborg
Lärosäte:
Lunds universitet
Beviljat anslag:
38, 8 miljoner kronor
Vid Lunds universitet finns en av världens mest avancerade utrustningar för laserdiagnostik. Med den kan processer mätas och analyseras mycket exakt, ända ner på atomnivå, utan att det man mäter påverkas. Hittills har Lundaforskarna främst studerat förbränningsprocesser. Nu ska de utveckla laserdiagnostiken för helt nya områden.
– För några år sedan bjöds jag in till en plasmakonferens. Jag kan ingenting om plasma, men jag insåg då hur långt fram vi låg med våra mättekniker och att plasmafysikerna kunde ha nytta av dem, säger Marcus Aldén, professor i förbränningsfysik.
Vill förklara plasmats effekt
Ett plasma är ett fysikaliskt tillstånd som liknar gas. Skillnaden är att en gas består av elektriskt neutrala ämnen, medan ett plasma också innehåller elektroner och laddade atomer och molekyler. Nästan all känd materia i universum existerar i form av plasma och plasmafysik är därför viktigt för rymdforskningen. Men det är också möjligt att skapa ett plasma, och vid vissa typer av materialtillverkning bearbetar man ytor med plasma för att ytorna bättre ska häfta vid varandra. Varför plasmat har den effekten vet man dock inte. Det hoppas Marcus Aldén och hans kollegor hitta svar på genom lasermätningar.
– Det är också möjligt att rena exempelvis avgaser med plasma och ta bort bland annat kväveoxider. Vi vill göra mätningar som förklarar den processen också, säger Marcus Aldén.
Efter plasmakonferensen väcktes tankar om att utveckla laserdiagnostiken för ännu fler fält. Därför ska forskarna i Lund nu anpassa tekniken för ytterligare tre områden: förgasning, katalys och nanoteknik.
Renare förgasning
Förgasning är en viktig process eftersom allt mer av den svenska biogasen tillverkas med den metoden, bland annat med skogsavfall som råvara. Ett problem är att det ofta bildas föreningar med alkalimetaller som förorenar förbränningsapparaten. Om laserdiagnostiken kan visa hur bildningen går till, kan den kanske undvikas.
I den här delen av projektet samarbetar Lunds universitet med Danmarks Tekniska Universitet, som har förgasningsforskning i världsklass.
Katalytiska processer ska man utforska tillsammans med MAX-lab i Lund, som använder så kallat synkrotronljus för att studera material och reaktioner. Vid katalys skyndar ett ämne på, eller effektiviserar, en reaktion utan att själv ingå i reaktionen. Förstår man skeendet i detalj blir det möjligt att tillverka bättre katalysatorer.
Vad gäller nanotekniken finns också världskompetens i Lund. Vid Lunds Tekniska Högskola har professor Lars Samuelson grundat Nanometerkonsortiet. Där tillverkas nanotrådar i en process kallad aerotaxi, där guldpartiklar i gasform kopplar ihop sig med olika ämnen till en struktur. Precis som med plasman vet forskarna att det händer, men inte varför. Kanske går det också att analysera med laser.
– När jag pratade med Lars Samuelson visade det sig att de ämnen som han är mest intresserad av att undersöka, är nästan exakt samma som vår avdelning studerat i flera år, säger Marcus Aldén.
Ny nytta av existerande utrustning
Här ligger en viktig poäng med hela projektet: laserdiagnostikutrustningen och kompetensen finns redan. Verksamheten vid avdelningen för förbränningsfysik har haft god finansiering ända sedan 1980-talet och har arbetat mycket med både tekniska högskolan och industrin. De har mätt processer i motorer, gasturbiner och mycket mer.
– Jag tror på att man ska hålla sig till det man är duktig på, och bygga nätverk med de som kan annat. Det har vi gjort i många år. Nu kunde vi identifiera kollegor som stod och bara väntade på den här tekniken. I praktiken kan vi använda samma utrustning och nästan samma teknik som vi redan har, utan större extra kostnader.
I projektet ingår också att utveckla laserdiagnostiken genom en satsning på ny utrustning som producerar ultrasnabba så kallade femtosekundspulser. En femtosekund är en miljondel av en miljarddels sekund. En så snabb laser ger helt nya mätmöjligheter, som forskarna hoppas ska hjälpa både förbränningsforskningen och de nya projekten.
– Målet med vår ansökan till Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse var att bidraget skulle fungera som en katalysator, att det skulle starta helt nya forskningsprojekt. Vi målade med ganska bred pensel.
Marcus Aldén är tydligt inspirerad av det som väntar, och övertygad om att mätningarna kommer att ge mycket ny och spännande information. Men på längre sikt finns större drömmar.
– Vi har i alla år utvecklat diagnostik för att förstå. Men om man kunde ta nästa steg, antingen inom det här projektet eller i framtiden, och med laserljuset styra processerna… Vi kan kanske göra reaktioner mer effektiva. Jag har bara en känsla av att vi kan vara ännu smartare i hur vi använder våra avancerade ljuskällor, säger Marcus Aldén.
Text Lisa Kirsebom
Bild Magnus Bergström
