De fångar fotonerna på rulle

Solceller som trycks på plastfolie och energi som lagras med hjälp av ”vedbatterier”. Linköpingsforskare bidrar med smarta lösningar för världens energiförsörjning. 

Olle Inganäs och Shimelis AdmassieFoto: Stefan Jerrevang

Sexhundra miljoner afrikaner saknar elektricitet i sina hem. Forskarna Olle Inganäs och Shimelis Admassie har en lösning som bygger på flödande energi och mjuka, miljövänliga och billiga material.


Där de står mitt på ett oskyddat torg på Campus Valla är den flödande energin väldigt påtaglig. Vinden vill slita den långa plastfolien ur deras händer, folien som kastar bländande solkatter omkring sig. Folien innehåller solceller av plast och är ena benet i de bägge professorernas vision.

Startade med maskrosor

För Olle Inganäs börjar den här historien under forskarutbildningen vid Linköpings universitet.

– Jag var inriktad på biofysik och fick jobba med klorofyll, som stämde väl med mina intressen. Jag närmade mig de mjuka materialen med deras många gåtor. Jag fyllde hela kolonner med persilja och maskrosor – som växte vilt där Fysikhuset nu står – och extraherade klorofyll A som jag lade på tunna filmer.

Vitsen var att få ut elektricitet ur solljus. Resultaten var dock blygsamma. Verkningsgraden kunde mätas i tusendelar av en procent.

Det gröna färgämnet klorofyll är växternas egna solceller, molekyler som fångar fotoner ur solljuset och transporterar elektroner vidare till slutmålet: socker fullpackat med kemisk energi. Då, kring 1980, var processen ännu inte helt förstådd.

Det är den nu, men till att kopiera fotosyntesen är det långt kvar. I stället har olika typer av solceller blivit den framkomliga vägen att utnyttja de enorma mängderna av solenergi som rasar ned över jorden.

Organiska solceller

Solceller baserade på kisel har efter 60 års forskning och utveckling nått sitt maximum, tack vare subventioner blivit överkomliga i pris och tagits i bruk både i storskaliga anläggningar och på hustak ända upp i våra solfattiga trakter.

Olle Inganäs är en framgångsrik spelare på en annan plan: den organiska solcellen, baserad på plastmaterial som kan leda elektrisk ström, så kallade konjugerade polymerer. Att sådant kunde förekomma var en revolutionerande nyhet för 35 år sedan och gav Nobelpriset i kemi till upptäckarna. Men att sådana material dessutom kunde vara lösliga, det fanns inte på kartan. Nu är det just den egenskapen som bäddar för konkurrenskraften – de organiska solcellerna kan framställas i en tryckpress på flexibelt underlag, billigt, smidigt och resurssnålt.
Olle Inganäs, professor i organisk elektronik
– Jag har alltid haft ett intresse för energifrågor, att hitta alternativ till den storskaliga kraftproduktionen, energisystem som också är långsiktigt hållbara. Man vill ju tänka på de generationer som kommer efter en själv, säger han.

Tillsammans med doktorander och unga forskare från många länder har han steg för steg byggt kunskap och testat material och prototyper. Publikationslistan har blivit lång och forskningsmedel har rullat in i tillräckliga belopp.

Nu närmar sig ett test i full skala. Solcellerna framställs på rulle i tryckpress. Alla ingredienser finns i flytande fas och trycks på plastfolie. Slutprodukten kan monteras på tak, fönster och fasader, eller i särskilda anläggningar på marken i storleksordningen kvadratkilometer. Den första beställningen på 500 kvadratmeter kommer från energibolaget Tekniska Verken i Linköping.

Men det är inte här uppe i Norden som Olle Inganäs ser den stora potentialen. I stora delar av Afrika saknas utbyggda elnät. Solcellerna innebär möjligheter att lösa elbehoven lokalt, utan stora infrastrukturinvesteringar. Det handlar om att hoppa över ett steg i utvecklingen liksom telefonin redan gjort.

Vedbatteri nästa

Tillsammans med sin forna postdoc Shimelis Admassie, numera professor vid universitetet i Addis Abeba, skisserar han i tidskriften Advanced Materials ett elektriskt system som skulle kunna ge ström till 600 miljoner afrikaner som idag är helt utan. Förutom förnyelsebara elkällor som solceller och vindsnurror krävs en småskalig metod för att lokalt lagra den energi som alstras när solen är uppe eller vinden blåser. Och även här kan Olle Inganäs plocka fram ett ess ur rockärmen.

Den billigaste formen av lokal energilagring är att pumpa upp vatten till en damm på dagen, och släppa ut det genom en turbin på natten. Men kring Sahara är vatten inget man kan slösa med. I stället lanserar de båda forskarna ett ”vedbatteri”, en så kallad superkapacitator, där en produkt från vedämnet lignin ersätter de dyra metalloxider som bär laddningen i konventionella batterier.

Inspirationen hämtades återigen från växternas fotosyntes, där elektroner laddade av solenergi transporteras av elektrokemiskt aktiva molekyler, kinoner. Ur en blandning av dessa enkla och billiga beståndsdelar skapade Inganäs och hans polske kollega Grzegorz Milczarek en tunnfilm som fungerar som katod i batteriet. Arbetet publicerades i den topprankade tidskriften Science.

– Sol och vedbatterier är en rimlig kombination och det är i miljöer som Etiopien som tekniken blir relevant. I ett land som Sverige kan den kombineras med mogna tekniker, men här växer också den ideologiska aspekten: många som tycker illa om de stora elleverantörerna söker efter alternativa lösningar, säger Olle Inganäs.


2013-06-05
LiU Magasin 2-2014

Forskare