Nanooioioi

Ola Raaness og kollegene hans kom både i TV og på radio i sommer. Med egendesignet reaktor hadde de utviklet en prosess for storskala produksjon av karbon nanorør. En bragd – siden vi her snakker om verdens sterkeste materiale med bruksområder som superlette fly, uknuselige båtskrog og megasterk plast.

Ola Raaness har det med å «finne gull». Allerede da han begynte i SINTEF, startet han opp et område som avdelingen fortsatt skårer høyt på: å velge ut riktig råstoff til riktig bruk. I dag har solcelleforskning blitt et sentralt emne i den lille avdelingen som nå mottar sitt fjerde EU-prosjekt på området, og Raaness er med og stiller spørsmålet: Hvor «urent» kan solcellesilisium være før det går ut over kvaliteten?

– Hva betyr gjennombruddet med produksjon av nanorør?

– Det betyr at vi kan presentere resultatene våre og komme på kartet internasjonalt.Det er utrolig mange miljø som er inne på nanoforskning og prøver å finne ultimate løsninger. Nanorør av karbon er det sterkeste materialet som noensinne er framstilt.

– Hvor sterkt da?

– Karbon nanorør har ti ganger høyere strekkstyrke enn de sterkeste ståltypene og veier en tiendedel. Likevel kan nanorørene bøyes i svært skarpe vinkler uten å brekke, og rørene går tilbake til sin opprinnelige form uten å ha tatt skade når belastningen opphører. Hvis stål er i førstedivisjon, er karbon nanorør i Champions League.

– Hvordan greier dere å konkurrere internasjonalt på noe så trendy?

– Vi er et tverrfaglig team som har opparbeidet bred kompetanse på plasmateknikk. I tillegg har vi hatt et bredt fagmiljø i ryggen, både fra SINTEF og NTNU-siden, som vi har kunnet trekke veksler på. Dette har gitt oss et forsprang – noe som gjør at vi kan begynne å snakke om en industriell produksjon av karbon nanorør.

– Men plasmateknikk?

– Ikke så lett å forstå…? Vel, plasma er egentlig elektrisk energi i konsentrert form. Det gir høy temperatur, og fører til at gass begynner å lede strøm. Dette fenomenet skjer både på sola og i en tennplugg.

– Og så?

– Inne i den nye reaktoren vi har bygget, bruker vi en plasma lysbue for å produsere karbon nanorør. Vi sprøyter plasmagass inn i reaktoren – en gass som blir varmet opp av lysbuen som holder opp mot 30 000 grader celsius. Temperaturen gjør at elektroner river seg løs fra atomer og molekyler. Dermed oppstår det frie positive og negative ladninger, og gassen får en rekke spennende egenskaper. I nærheten av en slik lysbue fordamper alle karbonholdige materialer og danner en karbon gass. Ved lavere temperatur kondenserer denne gassen og bygger opp karbon nanorør.

– Det er tredve år siden at jeg oppfant helt nytt plasmautstyr sammen med en kollega. Det resulterte i at vi vant SINTEFs belønningspris for en ny type plasmabrenner. I etterkant har jeg egentlig bare spunnet videre på samme tema.

– Javel. Og høytemperaturkjemi – hva er egentlig det?

– Jo, i dette tilfellet – når vi varmer opp en karbonkilde som olje, gass eller carbon black, viser det seg at karbonet begynner å fordampe. Trikset består i å transportere denne karbondampen til et sted hvor den kan kondensere til sammenrullede grafittflak – som er de egentlige byggesteinene i karbon nanorør.

– Men hvordan kan du påstå at dette henger sammen med silisium og solceller?

– Egentlig er det samme kompetanse som benyttes hele veien. Det handler om å kunne produsere og håndtere karbon. Og om å velge riktig råstoff til sitt bruk. Solceller lages av silisium, et grunnstoff som utvinnes fra kvarts. I dag brukes avkapp fra superrent silisium som utgangspunkt for solceller, og prisen blir deretter.

– Da vi på åttitallet fant fram til en ny prosess for å framstille ultrarent karbon (carbon black), begynte vi å leke med tanken på om materialet kunne få nok et bruksområde. Vi laget det superrene materialet i en generator, og for å føre det videre, viderutviklet vi en plasmaovn som roterte og som gjorde oss i stand til høytemperatur- prosesser. Når vi bruker carbon black og ultraren norsk kvarts, får vi foredlet dette til høyrent silisium hvor forurensningsnivået er under 10 gram per tonn.

– I dag handler det om å finne riktig råstoff til å produsere silisium, og jakten på billigere materialer handler om hvor urent solcellesilisiumet kan være før det går ut over kvaliteten. I Barcelona hørte vi nettopp at EU ville fokusere på råstoff til solcelleproduksjon i sitt 7.´rammeprogram. Da er vi på banen.

– Når skal du starte som pensjonist?

– Vel, min første jobb i SINTEF i 1969 besto i å utvikle en metode for å karakterisere karbonkilder for produksjon av silisium. Den er enerådende ennå. Og nå – når jeg har støtt på disse nye formene for karbon er det jo ekstra spennende. Jeg blir selvfølgelig med i jobben så lenge jeg er ønsket.

Av Åse Dragland