Små strukturer med stor effekt
På SDU NanoSYD arbejder vi med forskning i og udvikling af løsninger til en bæredygtig fremtid i det tværfaglige felt mellem nanovidenskab og nanoteknologi. Vi bidrager dermed primært til verdensmålene #3, 6, 7, 8 og 12. Her finder du eksempler på vores aktiviteter.
Verdensmål #6 - Rent vand og sanitet:
AquaSafe – intelligent overvågningssystem af vandforurening til miljømæssig risikovurdering og bæredygtig udvikling
Høj fremkomst af organiske forurenere
Vand er den vigtigste bestanddel for livet på vores klode. Derfor er en kontaminering af vandkilder et meget kritisk problem, der kræver stor opmærksomhed. Det er af så stor vigtighed, at de Forenede Nationer har inkluderet målet om rent vand og sanitet i deres 17 verdensmål for bæredygtig udvikling.
Der er adskillige forekomster af forurenere – en trussel mod kvaliteten af vandsystemer, miljøet og livet. Disse forurenere kan klassificeres i tre hovedgrupper: organiske substanser (patogener, pesticider, hormoner, medicinalvarer og industrielle kemikalier), uorganiske substanser (spor- og tungmetaller) og nanopartikler og mikroplast. AquaSafe-projektet retter sig primært mod den første gruppe; de organiske substanser.
Kontaminering med organiske substanser omfatter mikrobiologiske patogener, der forekommer i vandet på grund af uhensigtsmæssig spildevandshåndtering og -bortskaffelse eller for eksempel langtidslagring af vand. Patogener (bakterier of virus) er ansvarlige for mange sygdomme i både mennesker og dyr, der medfører stor indflydelse på folkesundheden og kvægholdet.
Upræcis overvågning med dyrt og uhåndterligt udstyr
Grundet vandsystemers dynamiske natur er vandets egenskaber i konstant forandring, og sporadiske målinger er derfor ikke præcise. Der er derfor behov for realtidsmålinger. Standard overvågningsmetoder for disse substanser er sjældne og fokuserer hovedsageligt på indirekte kontaminering ved at måle forandringer i vandets fysisk-kemiske egenskaber, der indikerer forekomsten af forurenere. Disse målinger foretages med uhåndterligt og dyrt udstyr. Idet målingerne er indirekte og forurenerne ikke kan specificeres, er denne metode kun begrænset egnet til en miljømæssig risikovurdering.
Overvågningsplatforme, der fokuserer på specifikke forurenere, er bedre til at opspore organiske substanser, men kan ikke give et omfattende billede af forurenerspektret. Derudover kan de ikke bruges til at måle, hvor og hvornår de forurenende substanser er blevet udledt og til at fjerne forureningskilden.
Udvikling af en billig lab-on-chip sensor til specifikke målinger
I de seneste år er teknikker baseret på mikrofluidik dukket op som en mulighed for at opspore biologiske stoffer i flydende prøver. I AquaSafe-projektet bruger vi denne teknik til at udvikle en lab-on-chip løsning, der kan måle forekomsten af bakterier i væske. I samarbejde med Feevale University i Brasilien er denne metode på det seneste blevet tilpasset til at kunne opspore andre mikroorganismer, såsom virus.
Vores mål er at udvikle en billig lab-on-chip sensor, der kan sættes på et system, der automatisk samler vand og analyserer det for at bestemme koncentrationen af en række forurenere, og som i realtid overfører disse data til en database, der kan tilgås via en telefon- eller computerapp.
Relateret læsning
SDU Sønderborgs forbindelse til Arnold Schwarzenegger, sonderborgnyt.dk, 9. oktober 2017
Verdensmål #7 - Bæredygtig energi:
Solcellernes organiske og fleksible fremtid
Solceller har i mange år været en alternativ energikilde, der muliggør mindre forbrug af fossile brændstoffer. For at dække en stigende efterspørgsel på energi, er det dog nødvendigt at skrue op for andelen af grøn energi. Hertil forsker NanoSYDs solcellegruppe i udviklingen af organiske solceller, der, i modsætning til traditionelle solceller, er fremstillet af materialer fra den organiske kemi, nemlig kulstofbaserede molekyler.
De fleste solceller, vi ser i dag, er fremstillet af halvledermaterialet silicium eller galliumarsenid. Det betyder, at de består af dyre, miljøbelastende og energiomkostningstunge eller sjældne materialer, der ikke er særlig grønne redskaber til at produktionen af grøn energi. Dertil kommer at de er tunge, stive og fylder meget, idet de skal installeres på store konstruktioner, der bruger meget plads.
Organiske solceller derimod har en række fordele, der gør dem til en attraktiv løsning til høst af energi, med rigtig mange indsatsområder. Grundet deres opbygning kan organiske solceller absorbere store mængder sollys, samtidig med at de er meget lette og tynde. De kan bl.a. printes på fleksible folier i hvilken som helst farve og form. Derudover er de gennemsigtige, hvilket gør det muligt at anvende dem i fx vinduer.
Solcellerne er følsomme over for sollys og ilt
De organiske solcellers effektivitet er med 18% næsten lige så høj som siliciumcellernes på 20%. Problemet er dog, at denne effektivitet kun opnås i laboratorieomgivelser. Og det er der, udfordringen ligger. Så snart de organiske solceller produceres under industrielle betingelser og er udsat for ilt og sollys, begynder en nedbrydningsproces i cellerne, idet sollys og ilt får materialet til at oxidere. Dermed mister det dets kemiske egenskaber og effektiviteten falder med en tredjedel.
For at modvirke denne nedbrydningsproces, prøver adjunkt forskerne at indkapsle solcellerne. Men denne indkapsling gør dem mindre bøjelige og mindre transparente, og holder ikke ilt og vanddamp fra at trænge ind i cellen.
Stabilisering imod stress
Derfor arbejder de nu på at blande materialer ind i cellernes lag, der kan beskytte cellerne mod mekanisk stress. Hertil har hun fundet frem til en metode til at screene og udvælge materialer, der ikke påvirker solcellernes fordelagtige egenskaber. NanoSYDs solcellegruppe har dermed kunnet øge solcellernes effektivitet med en faktor 10, hvilket i foråret 2020 har været verdensrekord. Nu gælder det om at få disse resultater skaleret op til virkelighed.
Relateret læsning
Polymererne der ikke vil knækkes, Aktuel Naturvidenskab, marts 2020
Verdensmål #12 - Ansvarligt forbrug og produktion:
Reduktion af CO2-udledning gennem præcis bestemmelse af udløbsdato på kød og fisk
Spild af madvarer grundet unøjagtig udløbsdato
I Danmark går 137.500 tons kød og fisk til spilde årligt, hvoraf 43.000 tons bliver smidt ud på grund af tvivl omkring dets friskhed og overforsigtig vurdering af dets holdbarhed. Dette spild svarer til omkring 605.000 tons i CO2-udledning, som kunne undgås ved at tage forholdsregler for at reducere madspild. Fastsættelsen af udløbsdatoen er ikke styret af en lovgivning, men det er madproducentens eget ansvar at bestemme udløbsdatoen. Generelle udløbsdato-kurver har en immanent fejlmargen på omkring 6 dage og medfører dermed til et betydeligt spild i værdikæden. I private husholdninger har vi kun vores sanser eller udløbsdatoen på pakken (beregnet med en meget stor sikkerhedsmargen) som vejledning for, hvornår en madvare ikke længere bør spises. Dette medfører enorme mængder af madspild.
Kødsensor måler friskhed
NanoSYD har i samarbejde AmiNIC ApS udviklet en teknologi, der består af et håndholdt apparat baseret på såkaldt microcantilever sensing (vha. en ’mikrobjælkesensor’). Denne sensor kan måle koncentrationen af en biomarkør i form af gas og kan give et umiddelbart fingerpeg om madvarens friskhed. Derved får brugeren mulighed for en præcis vurdering af, om madvaren kan spises, i stedet for at han eller hun bare smider den ud med det samme.
For at kunne forudsige helt præcist, hvornår fx. kød vil blive dårligt, er det nødvendigt at have en sensor, der kan måle meget lave koncentrationer af biomarkøren, idet friskt kød kun udsender meget lidt af dette gas. I samarbejde med AmiNIC ApS arbejder SDU NanoSYD derfor nu på at optimere sensorens følsomhed, således at producenter kan måle ekstremt lave gaskoncentrationer og dermed forudsige den nøjagtige udløbsdato. Dette ville have en endnu større effekt på CO2-udledningen og madspild.
Relateret læsning
Sensor-næse vil spare samfundet for madspildmilliarder, electronic-supply.dk, 3. marts 2020
