Utviklet på UiO: Materialet som skal gjøre verden grønnere

Det kan hindre energitap, transportere medisiner i kroppen, fjerne giftige gasser og brukes i CO2-fangst. Alt er kjemi, men få stoffer har skapt så stor internasjonal interesse som UiO-66.

VANN: Et nylig gjennombrudd i forskningen ved UiO, er å kunne framstille varianter av UiO-66-materialene i vann. – Det er ikke tilstrekkelig at materialet kan gjøre mange prosesser grønnere, sier Karl Petter Lillerud. – Materialet må også kunne lages på en miljøvennlig måte. Det viktigste er å finne en prosess der vann, og ikke giftige, organiske kjemikalier, er løsningsmiddel. Foto: Sachin Marut i Chavan

Det publiseres nå én artikkel per dag som refererer til UiO-66, det er referert til i over 1000 vitenskapelige artikler. Sånn sett er det blitt en internasjonal bestselger, sier Karl Petter Lillerud begeistret.

Professoren i kjemi og spesialist i katalyse forteller om materialet UiO-66 han har vært med på å utvikle. Navnet har det fått av sitt fødested, Universitetet i Oslo. Lillerud legger leende til:

– En skotsk forsker sa på en internasjonal kjemikonferanse tidligere i år: «Kommer det flere foredrag om UiO-66 nå, så spyr jeg».

Patent siden 2008

Lillerud forsøker sammen med sin samarbeidspartner og medoppfinner, professor Unni Olsbye, å sette sammen en litt skakkjørt modell av UiO-66 som er forstørret 100 millioner ganger. De steller varsomt med modellen, som om den skulle være deres kjæledegge.

– UiO-66 ble utviklet ved Senter for innovative naturgassprosesser og -produkter (inGAP), hvor vi forsket på å utvikle katalysatorer som kan gi store miljøgevinster i olje- og gassektoren. Vi tok patent på UiO-66 i 2008, sier Olsbye, som ledet innovasjonssenteret.

Katalysatorer er for allmennheten mest kjent for rensing av eksosen i bensinbiler, men brukes i 90 prosent av alle kjemiske industriprosesser. Derfor satses det nå stort på å utvikle katalysatorer som gir mest mulig av ønsket produkt, bruker minst mulig energi, etterlater minst mulig bi- produkt og lavest mulig utslipp til naturen.

Laget av falske diamanter

UiO-66 tilhører en gruppe materialer som kalles MOF-er, metallorganiske nettverksstrukturer. Hjørnesteinene i MOF-ene består av noe som Olsbye innrømmer hun innimellom bærer i ørene, på fingrene og rundt halsen, nemlig zirconiumoksid, det som falske diamanter lages av. Hjørnesteinene i UiO-66 bindes sammen av organiske, karbonbaserte molekyler.

Kombinasjonen av fastheten til zirconiumoksid og fleksibiliteten til det karbonbaserte leddet gjør UiO-66 så unikt.

– Det er både porøst, sterkt og fleksibelt, og ikke minst har det den egenskapen at det tåler vann. Derfor kan det brukes under tøffe betingelser, sier Olsbye. Hun forteller at med rett bind-ingsenergi mellom UiO-66 og vann kan en erstatte mindre miljøvennlige væsker som i dag brukes for eksempel i kjøleskap.

En annen fordel med UiO-66 er at det er stabilt opp til 400 grader. De fleste MOF-materialer tåler ikke vann og brytes ned når temperaturen er mellom 200 og 300 grader, mens de største industriprosessene skjer mellom 200 og 1000 grader.

– Forskning og uttesting tar tid, men jeg har veldig tro på dette. Bruksområdene og mulighetene med UiO-66 er endeløse, sier Olsbye.

Miljøvennlig industri

Å få til riktige katalysatorer er utrolig viktig for en miljøvennlig industri- produksjon. Målet er at UiO-66 skal bli en slik katalysator.

– Foreløpig er denne forskningen i barndommen, men vi jobber med å utvikle katalysatorer som er helt spesifikke, slik at vi kan få en helt ny type kjemisk industri uten unødvendig bruk av energi og biprodukter, sier Olsbye.

Et EU-prosjekt kjemikerne er med i og som starter nå, har som mål å bruke en variant av UiO-67 til å produsere billige aidsmedisiner for den tredje verden.

Kjemikere ved UiO jobber også med å se på hvordan materialene kan brukes til CO2-fangst og omdanning. Her kan MOF-ene, med sine fleksible og porøse egenskaper, spille en nøkkelrolle.

Kan kjøle verdens pc-er

Olsbye forklarer hvordan datamaskiner og servere kan kjøles ned uten bruk av vifter og dermed uten strøm, om de bare får et belegg av UiO-66.

– Egenskapene til UiO-66 kan tilpasses slik at vann avsettes inne i porene ved romtemperatur. Når maskinen brukes, blir den varm og vannmolekylene vil fordampe. Når maskinene ikke er i bruk, går temperaturen ned til romtemperatur igjen og da tas vannet opp på nytt. Hver gang vannet fordamper, kjøles overflaten av serveren ned, akkurat slik som vi selv nedkjøles når vi svetter og har lite klær på, fordi svetten fordamper fra kroppen.

– 10 prosent av elektrisitetsforbruket i USA skal være relatert til store datasentre, hvor to prosent er knyttet til kjøling. Det vi forsker på, er grønn teknologi, det kan bidra til å senke energibehovet i stor målestokk, legger Lillerud til.

Det samme prinsippet kan brukes i aircondition og i varmepumper. Porøs keramikk har vært brukt til dette helt fra oldtiden, men UiO-66 og liknende MOF-er kan gjøre det 1000 ganger mer effektivt.

Miljøvennlig framstilling

I et laboratorium som ligger godt gjemt i kjelleren innerst inne på Kjemisk institutt, står Sachin Maruti Chavan og lager UiO-66. For et år siden startet spinoff-bedriften ProfMOF A/S, som forsker Chavan, med tittel Chief Technology Officer, er en av initiativtakerne til.

En utfordring med MOF-materialer er at de tradisjonelt framstilles i organiske løsningsmidler som kan ha uheldige helse- og miljøeffekter. Et nylig gjennombrudd i forskningen ved UiO er at noen varianter av UiO-66-materialene kan framstilles i vann. ProfMOF A/S arbeider for tiden med optimalisering og oppskalering av disse syntesemetodene.

– Denne nye metoden for å syntetisere MOF-materialene symboliserer hvordan grønn kjemi og bærekraft kan være forenlig med kravene til industriell produksjon, sier Chavan, som har nok å henge fingrene i fordi etterspørselen etter UiO-66 øker.

– Moderpatentet på UiO-66 varer i 20 år, det vil si at vi fortsatt har 12 år til å forske på dette. Det krever intenst arbeid og kontinuerlig innsats, sier Lillerud – med trykk på kontinuerlig og intenst, som for å understreke at de ikke akkurat ligger på latsiden der ved Kjemisk institutt.

Av Lisbet Jære
Publisert 12. juni 2017 08:00 - Sist endret 12. juni 2017 08:00
Legg til kommentar

Logg inn for å kommentere

Ikke UiO- eller Feide-bruker?
Opprett en WebID-bruker for å kommentere