NTNU – Fakultet for naturvitenskap og teknologi – Side 3

Norge og Japan utvider aluminiumssamarbeid

En avtale om et treårig prosjekt ble nylig signert ved den norske ambassaden i Japan: Det norsk-japanske samarbeidet om forskning på aluminiumslegeringer skal nå utvides til å gjelde undervisning.

Prosjektet, som heter ‘The Norwegian-Japanese Aluminium alloy Research and Education Collaboration’ er en ny type prosjekt finansiert av Norges forskningsråd og senter for internasjonalisering av utdanning (SIU).

Dette er en type samarbeid kalt Internasjonale partnerskap for fremragende utdanning og forskning (INTPART). INTPART bidrar til partnerskap mellom norske høyere utdannings- og forskningsinstitusjoner og fremragende fagmiljø i prioriterte land utenfor EU/EØS, med særlig vekt på kobling mellom utdanning og forskning, og næringsliv.

Hovedmålet er at vi skal lære av hverandre, drive kulturutveksling og integrere undervisning og forskning.

Fem partnere
De fem partnerne i dette prosjektet – University of Toyama, Tokyo Institute of Technology, Hydro Aluminium, SINTEF og NTNU – har samarbeidet gjennom lengre tid. Vi avsluttet nylig et meget vellykket KPN-forskningsprosjekt (2009 – 2014). Gjennom dette prosjektet fikk vi etablert samarbeidet og utviklet relasjoner. Dette er basisen når vi nå utvider samarbeidet til å inkludere undervisning.

Forskning og undervisning
Prosjektet vil inneholde felles workshops, utveksling av studenter og forelesere innen emner og undervisning, samt forskningssamarbeid. Bruk av avanserte transmisjonselektronmikroskop mot legeringsutvikling innen aluminium er kjernen i samarbeidet.

Master/PhD studenter fra Norge vil komme til Japan på lengre og kortere opphold og vice versa. Japanske studenter vil komme på internships ved Hydro R&D på Sunndalsøra.

Det er jeg, professor Randi Homsestad ved Institutt for fysikk som leder prosjektet. Også professor Knut Marthinsen ved Institutt for materialteknologi er med, han var også den som signerte avtalen på vegne av NTNU

Høytidelig avtalesignering
Signeringsseremonien ble holdt i ambassadør Erling Rimestads residens i den norske ambassaden i Tokyo.

avtalesignering_Norge_Japan_v3 — Avtalen ble underskrevet i en høytidelig signeringsseremoni. Tilstede: – bak fra venstre: Svein Grandum, Shinya Funada, Equo Kobayashi, Tatsuo Sato, Yasumaru Hatanaka, H.E. Erling Rimestad (Ambassadør), Randi Holmestad, Kenji Matsuda, Toshiya Shibayanagi, Katsuhiko Nishimura. In front; Koji Fukushima, Yuukou Horita, Kikuo Kishimoto, Knut Marthinsen, Calin Daniel Marioara.

Kulturutveksling, likestilling og energi på programmet
I forbindelse med signeringsseremonien ble den første workshopen mellom studenter på de tre universitetene holdt – til sammen 110 studenter deltok, inkludert 65 studenter fra Fysikk og matematikk (Nabla linjeforening) ved NTNU som er på ekskursjon til Tokyo denne uka. I denne workshopen var det kulturutveksling, likestilling og energi som sto på programmet.

Jannike Solsvik fikk pris for fremragende forskning

Jannike Solsvik, postdoktor ved Institutt for kjemisk prosessteknologi, har blitt tildelt Det Kongelige Norske Videnskabers Selskabs pris til yngre forskere innen naturvitenskap, for hennes fremragende forskning innen kjemi.

Jannike Solsvik under pristildelingen.Fra høyre: Videnskabsselskabets preses Helge Holden, Jannike Solsvik, Siv Gøril Brandtzæg (vinner av tilsvarende pris innen humaniora), DKVS' visepreses Ida Bull. Foto: Helge E. Ødegaard. — Jannike Solsvik under pristildelingen.Fra venstre: Videnskabsselskabets preses Helge Holden, Jannike Solsvik, Siv Gøril Brandtzæg (vinner av tilsvarende pris innen humaniora), DKVS’ visepreses Ida Bull. Foto: Helge E. Ødegaard.

Solsviks forskning og arbeid spenner over mange fagdisipliner innen kjemiteknikken. Oppsummert er anvendelsesområdet for arbeidet en analyse av flerfasestrømning, termodynamikk og kjemiske prosesser i reaktorer, separatorer og rør.

Bedre utnyttelse av olje og gass i kjemiske prosessanlegg
Formålet med slike analyser er å øke forståelsen av de fysiske fenomenene som finner sted i disse prosessenhetene. Dette er viktig for å optimalisere, designe og oppskalere kjemiske prosessanlegg for bedre utnyttelse av olje og gass.

Solsvik arbeid har i hovedsak bestått i å utvikle matematiske modeller, anvende og analysere numeriske løsningsmetoder og utvikle programvare for billedbehandling, i tillegg til noe eksperimentelt arbeid.

Fordeling av dråper og bobler
Blant det Solsvik har jobbet med er oppbrytning av dråper og bobler i en væskefase. For mange industrielle prosesser er det helt essensielt å drifte prosessen i et strømningsregime som gir optimal størrelsesfordeling av dråpene/boblene som er spredt i væsken.

De fleste ingeniører benytter kommersielle programmer, mens det i dette arbeidet er laget flere egenproduserte programmer som er utviklet helt fra bunnen av. Formålet med dette er å analysere og optimalisere løsningen av spesifikke matematiske modeller. Videre, de kommersielle programmene er utvikler til å kunne løse standard modeller av en gitt kompleksitet – for å løse nye modeller er helt nødvendig å lage egen programvare.

En kapasitet utenom det vanlige
I begrunnelsen for tildelingen sier Det Kongelige Norske Videnskabers Selskap (DKNVS):
– Jannike Solsvik har vist en kapasitet helt utenom det vanlige, og DKNVS ønsker med denne prisen å påskjønne arbeidet.

Prisen for fremragende forskning er finansiert av I. K. Lykkes fond.

Tre viktige olje-og-gass-prosjekter til Ugelstad Laboratoriet ved NTNU

Gjennom tre nye prosjekter støttet av Forskningsrådet, skal Ugelstad-laboratoriet ved NTNU bidra til bedre prosesser innen olje/vann separasjon, mer effektiv vannbehandling og en bedre forståelse av de grunnleggende prosessene i olje/gass transport.

Forskningsprogrammet for petrolemusforskning hos Norges Forskningsråd, Petromaks 2, offentliggjorde sine bevilgninger like før jul. Som vanlig hadde programmet tiltrukket seg et stort antall søknader. Totalt ble det søkt om 438 MNOK, som betydelig overskred det budsjetterte beløpet på 249 MNOK. Følgelig var prioritering og utvelgelsen blant søknadene ekstremt vanskelig.

Laboratoriets kjerneområde
Ugelstad laboratoriet ved Institutt for Kjemisk Prosessteknologi ble tildelt tre prosjekter, som alle var tilknyttet laboratoriets kjerneområde. Tema for satsningene er å utvikle bedre prosesser innen olje / vann separasjon, mer effektiv vannbehandling og en bedre forståelse av de grunnleggende prosessene i olje / gass transport.Total budsjett for disse satsningene er nærmere 36 MNOK. ‘

Sentrale samarbeidspartnere
Sentrale aktører og industrier er Nalco Champion, Wärtsilä Oil and Gas, Akzo Nobel Surface Chemistry, Statoil, Total og Schlumberger. For å kunne gjennomføre satsningene har Ugelstad Laboratory samarbeid med University of Alberta i Canada, ETH i Sveits, Universitetet i Pau i Frankrike, State University of Murmansk i Russland, Institutt for energiteknikk (IFE) på Kjeller og Anvendt Teknologi i Trondheim.

Viktig samarbeid styrkes
Professor Johan Sjöblom, Ugelstad laboratoriets leder, understreker betydningen av forskningsrådets bevilgninger for laboratoriets nasjonale og internasjonale stilling.
– Vi kan videreutvikle laboratoriets kompetanse gjennom samarbeid med toppforskere på ulike fremragende internasjonale universiteter, forteller Sjöblom.

Et godt eksempel på dette er samarbeid med ETH i Zürich, hvor vår partner er Professor Jan Vermant, som er en anerkjent kapasitet på reologi og overflate egenskaper av heterogene systemer. Vermants internasjonal stilling fremgår også av at han har blitt utnevnt til Onsager Professor ved NTNU for 2016. Denne posisjonen er oppkalt etter nobelprisvinneren Lars Onsager.

Nytt kapittel i olje- og gassindustrien
Dr. Sébastien Simon, som sammen med Professor Sjöblom, leder satsningen på olje / vann separasjon poengterer at Ugelstad laboratoriet med dette vil utvikle, sammen med Wärtsilä og kjemisk industri, et nytt kapittel i separasjonsteknologien i olje- og gassindustrien.

Her bygger laboratoriet videre på forskningstradisjoner som utgjør grunnlaget for laboratoriet. Simons prosjekt er et godt eksempel på hvordan småskal eksperimenter kan utvikles til en fullskala prosess tusentalls med fat per dag.

Vannbehandling og kolloid kjemi
Professor Gisle Øye, er Ugelstad-laboratoriets ekspert med en sterk internasjonal profil innen vannbehandling. – Tilliten fra forskningsrådet og industrien betyr fire år med videre utvikling og spesialisering innen kombinasjonen kolloid kjemi og vannbehandling, sier Øye.

Øyes gruppe har utført unikt arbeid på dette området fra småskala til pilotskala studier. Dette er dokumenter gjennom en rekke publikasjoner i tidsskrifter med svært høy kvalitet.

Transport og strømning i rørledninger
Førsteamanuensis Kristofer Paso og Dr. Galina Rodionova utgjør den intellektuelle drivkraften i satsningen innen flerfasetransport i rør.

Duoen vil utvikle en detaljert forståelse av ulike kolloide fenomen, som emulsjoner, pluggdannelse og voksavsetning i rør, og betydningen av disse fenomenene for transport og strømning i rørledninger. Ugelstad laboratoriets kompetanse på dette området er hovedsakelig basert på innsats i tidligere storsatsninger, som blant annet inkluderer et innovasjonssenter, FACE.

Vårt laboratorium har blitt utnevnt til norsk partner i oppbyggingen av Murmansk Universitet til en sentral institusjon i olje- og gassutvikling for nordområdene med både russiske og norske interesser.

Veldrevet laboratorium
Ugelstads laboratoriets laboratorieleder Camilla I. Dagsgård ser på forskningsrådets bevilgninger på bakgrunn av et allerede veldrevet laboratorium med gode HMS rutiner og en avansert instrumentpark som muliggjør vår innsats i slike prestisjetunge samarbeid.

Laboratorieleder Camilla Dagsgård — For å gjennomføre de tre nye prosjektene har laboratoriet definert et samlet behov på 7 PhD og 3 postdoktorer,
– Laboratoriet vil ønske de 10 nye medarbeidere velkomne. De vil raskt vil integreres i et forskningsvennlig miljø, sier laboratorieleder Camilla Dagsgård, her med labingeniør Bicheng Gao og masterstudent Ann Kathrin Mohn.Foto: Per Henning / NTNU

Ny kjempemagnet skal løse molekylgåter

Anne-Borg-Finn-Aachmann-NMR-opening — Dekan ved Fakultet for naturvitenskap og teknologi, Anne Borg, og Finn Aachmann ved siden av det nyinstallerte Ascend 800 MHz-instrumentet ved åpningsseremonien for den nye NMR-laben. Foto: Per Henning/NTNU

For to år siden ble det klart at Norges Forskningsråd ønsket å videreutvikle Norges satsing på kjernemagnetisk resonans (NMR). Dette er verktøy som gir oss mulighet til å analysere strukturen av komplekse stoffer helt ned på atomnivå.

Ascend-800-nmr-lab — The state-of-the-art Ascend 800 MHz instrument in the new NMR laboratory. Foto: Per Henning/NTNU

Teknologien er basis for en lang rekke fagfelt innen forskning og industri. På norske universiteter brukes NMR innen forskningsprosjekter knyttet til alt fra produksjon av nye legemidler, CO2-fangst, karakterisering av proteiner og polysakkarider, diagnostikk og utvikling av nye kjemikalier og materialer. Industrien bruker NMR i stor skala også innenfor kontroll og overvåking av prosesser og kvalitetssikring av produkter.

Forskning og industri i Norge kan nå benytte seg av et nytt nettverk av NMR-instrumenter og –kompetanse i Oslo, Bergen og Trondheim. I den forbindelse står et nyoppusset NMR-laboratorium på NT-fakultet NTNU i Trondheim klart til bruk.

Med midlene fra Forskingsrådet, pluss egenfinansiering, er det nå kjøpt inn nytt NMR-utstyr på NTNU til nærmere 28.5 millioner kroner. Dette gjør det mulig med flere ganger raskere og bedre analyser.

Forskere som jobber med så ulike prosjekter som mattrygghet og brystkreft er blant dem som ser fram til å ta i bruk det nye utstyret.

Vi bygger de virtuelle kjemiske rommene, del 2

I forrige blogginnlegget om de virtuelle kjemiske rommene, skrev jeg om nye måter å forene teori og praksis i kjemiutdanning på. Her kommer fortsettelsen av blogginnlegget.

Daniel-Ali-virtuelle-rom — Avdelingsingeniør Daniel Ali arbeider med media til utdanningen. Foto: Per Henning/NTNU

Alternative undervisningsformer

Et annet element vi ser på i forbindelse med prosjektet, er alternative undervsiningsformer. All forskning tilsier at aktive studenter gir god læring. Nå er vi bundet opp i 2 x 45 minutters forelesninger i auditorier, og aktivisering er en utfordring. Også for øvinger; vi er nå bundet opp i små grupperom, mens vi skulle ønsket oss noen større øvingsarealer med fleksible småbord. Vi har lett og lett – og ikke funnet et eneste areal som er egnet for øvingsundervisning for en gruppe på 200 stykker.

Dette er en utfordring som forhåpentligvis løses etter hvert som campusutviklingen skrider frem. Vi har iallfall en unik mulighet til å komme med innspill til hvordan vi ønsker morgendagens undervisning.

video-blogg-2 — Videoopptak av forsøk. Stipendiatene Mats Jensen og Heidi Thuv fra Institutt for materialteknologi lager en video for å vise hvordan man kan bestemme molekylvekten ved hydrogenutvikling. Foto: Per Henning/NTNU

Teori-praksis

Hvordan veier man egentlig en metallbit, og får man syre på hendene når man heller vannet opp i røret? Dette er spørsmål studentene får svar på når de ser noen av videoene vi skal lage.
Vi har valgt ut spesifikke lab-oppgaver og lager nå introduksjonsvideoer til disse. Noen av filmene skal handle om HMS, praktisk bruk av lab-utstyr og lab-teknisk oppsett, mens andre filmer viser det spesifikke forsøket. Det kan spare oss undervisere for mye tid med å forklare flere ganger, det gir studentene økt læring gjennom gjenkjennelse, og det reduserer sannsynligheten for feil.

Vi skal også bruke videoer som obligatorisk introduksjon til laboratoriearbeid, og tilgang til laboratoriene gir vi etter studentene har tatt en nettbasert HMS-test (helse, miljø og sikkerhet). Denne nettbaserte testen har allerede blitt brukt en god stund ved både IMT og IKJ, og det virker som om dette fungerer bra. Her får både studentene og vi sjekket om de kjenner de nødvendige forholdsreglene for å kunne jobbe på et laboratorium.

Hva nå

Vi fortsetter å utvide spørsmålsbanken slik at quiz kan tas i bruk i større omfang. De ulike typene videoer og de interaktive powerpoint’ene implementeres både i forelesninger og tilknyttet lab så fort de lages og ferdigstilles. I tillegg starter nå arbeidet med å lage et norgeskart hvor kjemisk industri og forskning blir linket, og det vil bli muligheter til å se noen korte videoer («virtuelle ekskursjoner») eller finne annen informasjon om hva de holder på med. Dette vil gi studentene en unikoversikt over hvor og hvem som faktisk bruker kjemien de lærer.

Se det første blogginnlegget fra Hilde Lea Lein «Vi bygger de virtuelle kjemiske rommene»

NanoLab får nytt verdifullt utstyr

Nano-Norge har oppgradert utstyrsparken ytterligere. Det er gode nyheter for forskning på tredje generasjon solceller, sensorteknologi, medisinsk teknologi, nanoelektronikk og mye mye mer.

Norges satsing på infrastruktur innen nanoteknologi består av et nettverk av kompetanse og utstyr som er tilgjengelig både for forskning og industri. Dette er formalisert gjennom den nasjonale infrastrukturen NorFab (“The Norwegian Micro- and Nanofabrication Facility“), hvor NTNU er leder. Gjennom NTNUs og Forskningsrådets satsing på nanoteknologi og relatert infrastruktur har nå nytt og viktig utstyr for å lage nanostrukturer blitt tilgjengelig i NTNU NanoLab. Dette vil ha betydning for mange forskningsområder.

Dagens mikroprosessorer inneholder mange millioner transistorstrukturer og andre elektroniske komponenter på et minimalt areal. For å kunne lage slike nanostrukturer på overflaten av tynne skiver, trengs helt spesielle instrumenter. Fotolitografi og etsing er kjerneteknologier i denne mikroproduksjonen.

Opening-Elionix-EBL-10 — Offisiell åpning av NTNU NanoLabs nye Elionix ELS-G100 EBL (Electron Beam Litografi). Anne Borg, dekan ved Fakultet for naturvitenskap og styreleder for Nano@NTNU kutter båndet.

Det å kunne lage strukturer på små overflater er nødvendig på langt flere områder enn i mikroteknologien, og ofte langt mindre skala. I nanoteknologi, som dekker strukturer og partikler i størrelsesorden 100nm – 0.1nm, er fotolitografi ikke anvendbart fordi oppløsningen ikke er god nok.

Derfor ble elektronstrålelitografi (Electron Beam Lithography – EBL) utviklet for å produsere nanostrukturer. Denne teknologien muliggjør fabrikasjon av strukturer mindre enn 10nm.

Med fotolitografi dekkes hele overflaten samtidig som i et trykk, mens elektronstrålelitografi sender en elektronstråle som beveger seg i et mønster over overflaten – nesten som en Blekkskriver. Derfor er elektronstrålelitografi en langt mer tidkrevende prosess enn fotolitografi.

Av denne grunn ble Nanoimprinting utviklet for produksjon av større antall prøver. Kombinasjonen av disse to teknologiene, EBL og Nanoimprinting, utgjør grunnsteinen for framtidens nanoteknologi.

NTNU NanoLab har nå fått et nytt EBL-instrument, finansiert av bidrag fra NTNU og NFR Det nye instrumentet muliggjør fabrikasjon av strukturer mindre enn 10-20nm, samtidig som det er mye raskere enn den gamle EBL’en. Nå blir det mulig å lage mikro- og nanostrukturer med høy nøyaktighet over et stort prøveområde. Dette igjen gir bedre kvalitet og høyere effektivitet i forsøk som benytter seg av instrumentet.

Opening-Elionix-EBL-11-blog — Aase Marie Hundere fra Norges forskningsråd og Anne Borg, dekan ved Fakultet for naturvitenskap og teknologi og styreleder for Nano@NTNU, ser på det nye instrumentet for elektronstrålelitografi, Elionix ELS-G100 EBL (Electron Beam Lithography), sammen med Kay Gastinger, avdelingsdirektør ved Nano@NTNU.

Anvendelsene av EBL er mangfoldig. Til nå har NanoLabs EBL-instrument hovedsakelig brukt for strukturering av lasere og optiske bølgeledere (i nanofotonikk anvendelser), av mikrofluidiske komponenter (f.eks. til biologiske og medisinske anvendelser) og for å lage kontakt mellom nanotråder i et bestemt mønster (f.eks for nanoelektroniske komponenter og solceller).

Det nye instrumentet vil være i stand til å behandle større prøver (opp til 8’’wafere – 200mm diameter). Sammen med den raskere teknologien gjør dette det mulig å produsere store stempler til nanoimprinting. Dette øker mulighetene for industrielle kunder på renrommet og øker fleksibiliteten i forhold til bl.a. biologiske og medisinske mikro-og nanofluidikk prøver.
Vi er svært glade for at NTNU NanoLab har nå tatt et stort steg videre innen litografi, og vi er sikker på at dette vil gi viktige og interessante fremskritt i årene som kommer. NTNU NanoLab har som rolle å være et knutepunkt for en rekke fagfelt. Dette nye EBL-instrumentet rss nye muligheter både i forhold til denne rollen og for industrielle anvendelser sammen med SINTEF. Det nye instrumentet understreker også NTNU NanoLabs nasjonale ansvar for nanostrukturering og karakterisering innenfor NorFab.

Vi bygger de virtuelle kjemiske rommene

Nå er vi snart halvveis i prosjektet Virtuelle Kjemiske Rom. Målet er å finne nye måter å forene teori og praksis i kjemiutdanning på. – Hva har skjedd, og hva har vi lært så langt?

Utgangspunktet for prosjektet er ønsket om å aktivisere studenter tilknyttet forelesninger og gjennom laboratorieundervisning i grunnkursemnene i kjemi. Vi tror dette vil øke studentenes engasjement, forståelse og læring. Les mer om NTNUs satsing på innovativ utdanning på rektoratets blogg.

Vi har delt prosjektet inn i to hovedområder: 1) Aktivisering i/i forkant av forelesning og alternative læringsformer, og 2) Kobling av teori og praksis gjennom laboratorieaktiviteter.

Daniel-Ali-blogg — Avdelingsingeniør Daniel Ali arbeider med media til utdanningen. På den høyre dataskjermen er det en demonstrasjonsvideo av ammoniakkfontenen som klargjøres for å vises til studentene mens den venstre viser et kart over kjemiske bedrifter i Norge. Foto: Per Henning/NTNU

Bevisstgjøring og aktivisering

Her er målet å gi studentene en økt forståelse – ikke bare av faget, men også av hva de ikke har forstått. Dette gjøres gjennom flere virkemidler. Videoer med «ukens tema», dvs en kort introduksjon til det som skal tas opp i forelesningen, er en av dem. Små demonstrasjonsvideoer til avspilling i timene vil gi studentene en større forståelse av hva som faktisk skjer.

Dette er med andre ord aktiviteter som skal gjennomføres i eller i tilknytning til forelesninger. Dette gjelder bruk av quiz i forelesningene, selvtesting i etterkant av forelesningene for å finne ut hva man har lært og ikke lært med mere.

Video

Som forberedelse til- eller starten av en forelesning– ønsker vi å bruke video av «ukens tema». Så langt har vi laget videoer for to, av en rekke sentrale tema i den grunnleggende kjemiundervisningen: syrer og baser, og løselighet.

– Jeg visste det kom til å ta tid. Men jeg hadde likevel ikke trodd at det skulle være så mye arbeid å lage manus, koble faglig innhold, didaktikk og det filmtekniske, sa en av professorene som er involvert i arbeidet med å lage slike videoer.

To filmer er klare til uttesting, og vi er spente på tilbakemeldinger og resultater. Fire til er under planlegging for innspillung nå i høst samt ytterligere opptil fire til neste vår. Da vil de fleste temaene bli belyst.

I tillegg har vi filmet en rekke utvalgte småforsøk. Disse demonstrasjonsvideoene er ment vil gi studentene bedre forståelse for hva som faktisk skjer; ikke bare å skrive en reaksjonsligning med penn på et papir. Noen er allerede utprøvd i timene, og tilbakemeldingene er gode. Det jobbes kontinuerlig med å øke antall filmer. I tillegg jobber vi her med å lage interaktive powerpoints hvor noen av disse videoene kobles inn, og hvor studentene får mer informasjon, må svare på spørsmål osv.

Quiz

Vi har så langt valgt å bruke det NTNU-utviklede spørreverktøyet Kahoot! med flersvarsspørsmål. Så langt har vi testet dette i forelesninger i generell kjemi i to omganger. Tilbakemeldinger fra studentene viser at dette er noe setter pris på, både som avveksling i timen og for økt læring. «Vi elsker å ha dette i timene» og «spesielt bra som oppsummering om vi har fått med oss det viktigste» har flere studenter sagt. Ved bruk som en oppsummering i slutten av timene har vi spesielt sett at bruken av quiz kan avsløre om studentene har fått med seg det jeg har forsøkt å lære dem eller ikke. Det har hendt at vi har blitt overrasket over at studentene ikke har fått med seg noe vi tror vi har forklart mange ganger – men tydeligvis likevel ikke godt nok.

En annen erfaring med bruk av quiz, er at det tar lang tid å finne gode spørsmål og relevante svaralternativer. Vi jobber derfor med å lage en «bank» med spørmål som alle faglærerne i fagene kan bruke.

I neste blogginnlegg forteller jeg om våre erfaringer med alternative undervisingsformer.

Katalyse: jokeren i kjemiske industriprosesser

Katalysatorer er uunnværlige i de aller fleste kjemiske industriprosesser. Ved hjelp av inngående kjennskap til kjemi på molekylnivå, skal et nytt senter tilknyttet NTNU gjøre katalysatorene raskere, bedre og mer effektive.

Nærmere 90% av all framstilling av drivstoff og kjemiske produkter er basert på bruk av en eller flere typer katalysatorer. I alle tilfellene reduserer katalysatoren energibruken i prosessen, og mange av produktene ville ikke vært mulig å produsere uten.

En katalysator er et fast stoff som har evnen til å øke hastigheten til en kjemisk reaksjon uten selv å påvirkes. Dette gjør den ved å gi molekylene i den kjemiske reaksjonen nye måter å reagere med hverandre på.

Hilde-Venvik-Blog-1 — Senterleder Hilde Venvik fra NTNU viser fram et bæreelement for katalysatorer, lik det som brukes i bilmotorer for å fjerne forurensende stoffer fra eksosen. På grunn av de rørformede kanalene har bæreelementet til sammen stor overflate. Denne er overflaten er dekket av katalysatorstoffet, som fjerner det meste av giftige og miljøfiendtlige molekyler i eksosen når den passerer gjennom. Foto: Thor Nielsen.

Katalysatorer er nøkkelen
Norsk eksportindustri må kontinuerlig effektivisere og forbedre sine anlegg for å kunne hevde seg i den globale konkurransen. Samtidig skal stadig strengere krav til miljø- og klimautslipp møtes.
I begge sammenhenger er katalysatorer nøkkelen.

I det nye NTNU-ledede senteret for forskningsdrevet innovasjon ved navn industrial Catalysis Science and Innovation for a competitive and sustainable process industry (iCSI), samarbeider forskningsinstitusjoner, katalysatorprodusenter og kjemisk prosessindustri om å forbedre og videreutvikle katalysatorer.

Blant industriprosessene senteret skal videreutvikle, er produksjon av mineralgjødsel, lim- og harpiksprodukter til avanserte treprodukter, samt framstilling av PVC (plast). I tillegg er det et mål å utvikle nye katalysatorer og prosesser, for eksempel til bruk ved omdanning av naturgass til mer verdifulle produkter eller til rensing av miljøskadelige utslipp.

Camilla Otterlei, Rune Lødeng og Torbjørn Gjervan fra SINTEF er alle med i iCSI. Det nye senteret for forskningsdrevet innovasjon samler landslaget innen katalyseforskning. Med sine kunnskaper om kjemi på molekylnivå skal senteret bidra til å gjøre norsk kjemisk prosessindustri mer energieffektive, miljøvennlige og konkurransedyktige. Foto: Thor Nielsen.

Økt utnyttelse av råvarer
For høyest mulig inntjening er det svært viktig for industriselskapene at råvarene utnyttes optimalt.

Dynea, et av industriselskapene som deltar i det nye senteret, omformer metanol til formaldehyd til bruk i lim- og harpiksprodukter til treprodukter, fra brokonstruksjoner til designmøbler samt selger formaldehyd prosessanlegg på lisens .

– Hvis vi greier å utnytte 92 % eller mer av metanolen, ligger vi i verdenstoppen. Hvis vi bare greier å utnytte 87 % eller mindre, vil det vanskeligjøre en forsvarlig økonomisk drift, forteller selskapets teknologidirektør, Lars Axelsen.

Flere grunner til å unngå biprodukter
Andelen av råvaren som ikke omformes til ønsket produkt, ender opp som biprodukter. I noen industrier kan biproduktene skape merkostnader i seg selv fordi de er miljøskadelige. Det krever at bedriftene bruker store ressurser på å håndtere dem riktig.

Optimalt tilpassede katalysatorer
Katalysatorene må være optimalt tilpasset prosessene for å gi best mulig resultat. De forskningsgruppene som deltar i senteret forsker på katalysatorer på atomnivå, og kan utvikle bedre tilpassede – eller helt nye – materialer.

I andre tilfeller vil inngående kjennskap til de kjemiske reaksjonene som skjer på katalysatoroverflaten bidra til justering av prosessbetingelsene (for eksempel temperatur) eller reaktorens oppbygging.

Konkurransedyktig industri
Som en del av samarbeidet i dette senteret, som får midler i åtte år fra Forskningsrådet, vil det foregå et unikt samspill mellom forskning og industri med utvikling og testing av de nye resultatene.

Ved hjelp av inngående kjennskap til kjemi på molekylnivå skal vi bidra til at norsk kjemisk prosessindustri forblir konkurransedyktig og stadig mer bærekraftig.

Les mer på våre nettsider www.ntnu.edu/icsi

Nye sentre for forskningsdrevet innovasjon åpnet

Fredag 18. september var det høytidlelig åpning av NTNU og SINTEFs nye sentre for forskningsdrevet innovasjon (SFI). NT-fakultetet er vertskap for hele tre av de ni nye sentrene.

Norges Forskningsråd valgte å støtte tilsammen 17 sentre, hvorav ni er tilknyttet NTNU og SINTEF. Av disse ni er NT-fakultetet vertskap for tre, og deltager i ytterligere fire.

Fakultetets dekan, Anne Borg, sammen med lederne for de tre SFI-ene NT-fakultetet er vertsskap for: Aud Wærnes, Sigurd Skogestad og Hilde Venvik. Foto: Thor Nielsen.

– Vi var ikke overrasket over at NTNU og SINTEF gjorte det godt i konkurransen, men at de skulle gjøre det så godt var overraskende, uttalte Arvid Hallén, administrerende direktør i Forskningsrådet.
Forskningsrådet har satt av totalt 1,6 milliarder kroner i støtte til de 17 sentrene.

– Kunnskapsdepartementet annser dette som på-vei-midler mot internasjonal suksess, sa Bjørn Haugstad, statssekretær i Kunnskapsdepartementet. Han understreket samtidig at det henger høyt å være et Senter for Forskningsdrevet Innovasjon. Det var rekordhøyt nivå på søknadene, og kun de aller beste når opp.

Dette er de tre sentrene NT-fakultetet er vertskap for:

Metal Production
Senteret samarbeider med hele den norske metallproduserende industrien. Senteret skal bidra til at metaller kan produseres med enda lavere energi- og materialforbruk enn i dag. Leder for senteret er Aud Wærnes.
Les mer om Metal Production

SUBPRO
Senteret skal bidra til å legge grunnlaget for neste generasjons olje- og gassproduksjon. De skal spesielt forske på – og utvikle prosesser for undervannsseparasjon av vann, olje og gass.
Leder for senteret er Sigurd Skogestad.
Les mer om SUBPRO

Centre for Industral Catalysis and Innovation (iCSI)
Senteret samler norsk forskningsekspertise på kjemiske katalysatorer, og samarbeider med norsk og internasjonal kjemisk prosessindustri. Målet er at industrien skal kunne bli mer energieffektive og utnytte råvarene bedre ved hjelp av bedre tilpassede katalysatorer.
Leder for senteret er Hilde Venvik.
Les mer om iCSI.

NTNU, SINTEF og UiO samarbeider om supermikroskoper

I forrige uke var den offisielle åpningen av NORTEM – Norsk senter for TransmisjonsElektronMikroskopi. Dette er navnet på et nasjonalt koordinert prosjekt som består av de to ledende TEM-miljøene i Norge og deres tre samarbeidende forskningsinstitusjoner: NTNU, SINTEF og Universitetet i Oslo. Med denne satsingen vil norsk materialforskning hevde seg ytterligere i internasjonal sammenheng.

Prosjektet inkluderer fem nye transmisjonselektronmikroskop, hvorav tre er plassert på
TEM Geminisenteret på NTNU-Gløshaugen. Prosjektet har en kostnadsramme på rundt 120 MNOK, som et spleiselag mellom de tre samarbeidspartnerne og Norges Forskningsråd.

Bygge verdensledende fagmiljø
Gjennom et slikt nasjonalt koordinert prosjekt vil det bli lettere for norsk materialforskning å hevde seg ytterligere internasjonalt: På den ene siden har vi nå fått daglig tilgang til verdensledende utstyr som vi tidligere måtte søke om tid på i forskningslaber utenlands. Slik kan vi bygge opp et fagmiljø rundt TEM som ligger helt i forskningsfronten og med inngående ekspertise på metoder og teknikker.

Gi flere tilgang til topputstyr
På den andre siden kan vi nå tilby andre forskningsgrupper og industri tilgang til topp moderne mikroskoper som vil styrke et bredt spekter av fagområder: Mens NORTEMs egne fokusområder er lettmetaller, materialer for fornybar energi, katalysematerialer og nanoteknologi, ser vi interesse fra en lang rekke faggrupper fra geologi til medisin og bygg- og anlegg.

Randi Holmestad, Antonius von Helvoort, Bjørn Gunnar Soleim og John Walmsley fra TEM Geminisenter er en del av hovedteamet som drifter de nye TEM-mikroskopene. Foto: Ole Morten Melgård

En million ganger mindre enn et hårstrå
De to beste NORTEM-mikroskopene har en oppløsning på 0,07 nanometer, og er de beste du kan oppdrive i dag. Hvis du sammenligner dette med den typiske tykkelsen på et hårstrå, 0,07 millimeter, vil du se at vi kan se detaljer en million ganger mindre. Dette gir oss muligheten til å studere materialer helt ned på enkeltatomnivå.

Til forskjell fra et vanlig lysmikroskop, kan man gjøre en lang rekke eksperimenter på materialet i tillegg til å bare ta bilder. For eksempel er det mulig å ikke bare avbilde hvordan atomene er ordnet i materialet (noe som i seg selv er avgjørende for mange egenskaper), men også hva slags atomer det er snakk om og hvordan disse er bundet til hverandre.

Ragnhild Sæterli og Calin Marioara. Foto: Ole Morten Melgård

Sterkere aluminium
Et eksempel på forskning vi driver med, er utherdbare aluminiumslegeringer. Her er det nanometer store partikler, eller presipitater, som gir materialet styrke. Ved å undersøke disse presipitatene og hvordan de endrer seg med temperatur og deformasjon, kan vi forstå hvorfor det er slik, og på den måten designe aluminiumslegeringer med enda bedre egenskaper.

Nye solcellematerialer
Et annet eksempel hvor det som foregår helt nede på atomnivå er viktig, er i utviklingen av nye solcellematerialer. Både defekter i materialet, altså hvordan atomene ligger i forhold til hverandre, og eventuelle urenheter har direkte innvirkning på hvor god effekt den ferdige solcella har. Det å samholde tester av effekten av solcellen med hva som skjer på atomnivå, er derfor avgjørende for å komme opp med solceller som er bedre, billigere og/eller mer miljøvennlig enn dagens alternativer.

Ønsker velkommen i spesialtilpasset laboratorium
De tre NORTEM-instrumentene i Trondheim befinner seg i en spesialbygd lab i nærheten av NTNUs NanoLab. Rommene er designet for å minimere alt av ytre påvirkninger, siden både vibrasjoner, magnetiske felt, luftstrøm og temperaturvariasjoner i rommet vil påvirke mikroskopene.

I denne videoen får du en omvisning på TEM-laboratoriet ved NTNU.

Her vil ca 20 forskere og studenter fra NTNU og SINTEF i tiden framover drive forskning på metoder og materialer, samt ta i mot en lang rekke forskere fra andre faggrupper både i og utenfor Trondheim.
Siden mikrosopene ble installert har de allerede bevist sin nytteverdi. De har bidratt til flere publikasjoner og økt aktivitet i form av nye prosjekter.

Vi gleder oss til fortsettelsen!

Dette innlegget ble skrevet i samarbeid med overingeniør Ragnhild Sæterli. Ragnhild har ansvaret for drift og vedlikehold av transmisjonselektronmikroskopene, og opplæring av brukerne.