Publicerad 2018-05-02
This post is also available in EnglishBättre rening med smarta och förnybara material
Reningsfilter som inte bara tar bort miljöfarliga ämnen, utan också informerar operatörerna att det är dags att byta filtermaterial. Det är ett av spåren inom Mistra TerraClean, ett forskningsprogram som ska utveckla hållbara och smarta reningssystem.
– Just nu sjuder det av aktivitet i våra partnerlabb. Doktorander jobbar på många håll för att framställa och testa nya material, säger Ulrica Edlund, professor i polymerteknologi vid KTH och programchef för Mistra TerraClean.
Forskningsprogrammet Mistra TerraClean, som kom igång på allvar under hösten, ska utveckla nya metoder för att rena luft och vatten. Tungmetaller, giftiga organiska föreningar och kväveoxider är några av de miljöfarliga ämnen som forskarna vill hitta mer effektiva metoder att avskilja. Men programmet handlar inte bara om att ta fram nya material med ökad reningsgrad, utan också om att tillföra nya ”smarta” funktioner till materialen.
– Vi kommer att modifiera våra material så att de blir smartare. Antingen genom att sätta på nya kemiska grupper som selektivt kan dra till sig en specifik förorening. Eller genom att applicera små elektroniska sensorer som på olika sätt kan tillföra nya funktioner.
Dagens filter kräver mycket manuell övervakning. Ett smart filter, utrustat med sensorer, skulle exempelvis kunna lämna information till operatörerna när det är dags för underhåll – när materialet är mättat och dags att byta. Men det kan också anpassa sin funktion så att reningsförmågan bibehålls, även om sammansättningen i avloppsvattnet eller förbränningsgaserna ändras.
– Grundidén med programmet är att utveckla nya filtermaterial som gör mer av jobbet, och som kan styras mer än dagens passiva filter.
Nanocellulosa är en av fyra materialtyper man studerar. Materialet är relativt nytt, och det finns förhoppningar om att det på sikt ska kunna få tillämpningar i allt från livsmedelsförpackningar till böjbar elektronik. Forskare inom Mistra TerraClean hoppas kunna använda nanocellulosa för vattenrening.
– Vi har tidigare genomfört projekt med nanocellulosa för att rena industriellt processvatten. Inom Mistra TerraClean vill vi fortsätta att utveckla materialet, säger Aji Mathew, professor vid Stockholms universitet.
Aji Mathew och hennes kollegor har i ett tidigare EU-projekt tagit fram nya filtermaterial baserade på nanocellulosa. Vid försök inom pappersindustrin visade sig materialet ha goda egenskaper jämfört med traditionella industrifilter. Inom Mistra TerraClean ska forskarna fortsätta utveckla materialet ihop med gruvindustrin.
– Deras processvatten innehåller föroreningar, främst metaller, som är svåra att ta bort med vanliga filter. Vi ska försöka öka funktionaliteten på nanocellulosan, både för att öka mängden metall vi kan ta bort ur processvattnet och för att öka livslängden på filtret.
Utöver nanocellulosa kommer tre andra typer av material att studeras: zeoliter, aktivt kol och upsalite. Aktivt kol och zeoliter används redan för industriell rening. Upsalite, en sorts magnesiumkarbonat, är ett lovande ämne som första gången framställdes i ett laboratorium vid Uppsala universitet för ett par år sedan.
– Det här är fyra material där vi i Sverige ligger i forskningsfronten. Dessutom finns möjlighet att producera alla material från förnybara råvaror, säger Ulrica Edlund.
Forskningen inom Mistra TerraClean är organiserad i fem delområden, så kallade arbetspaket. I de första två paketen ska potentiella filtermaterial utvecklas på labb. Det handlar om att framställa, karaktärisera och testa nya material, men också att avgöra vilka smarta funktioner som kan tillföras.
Mistra TerraClean samarbetar med en rad företag, inom gruvindustrin men också exempelvis med energibolag samt producenter av kemikalier och filter. Även kommunala vattenreningsverk deltar genom sin branschorganisation Svenskt Vatten.
– Företagen är våra problemägare så de är viktiga redan i det här tidiga utvecklingsskedet. Vi har en dialog med våra industripartner så att vi vet vilka behov som finns och vilka reningskrav vi måste uppnå, säger Ulrica Edlund.
När materialen framställts och prövats på laboratoriet, är det dags att testa deras funktion i större skala. Under 2018 hoppas Ulrica Edlund att de första fallstudierna ute hos partnerföretagen kan starta.
En av de stora utmaningarna för programmet blir att gå från lovande försök i laboratorieskala till fungerande produkt på industriell nivå. Volymerna av förorenad luft eller avloppsvatten som ska renas är betydligt större, och de kontrollerade förhållandena som råder på labbet blir aldrig likvärdiga med de som råder inom industrin.
Ulrica Edlund håller med om att det blir en utmaning. – Men vår målsättning är att det i slutet av programperioden ska finnas ett antal funktionella material som fungerar i stor industriell skala.
Text: Henrik Lundström
Fakta – Mistra TerraClean utvecklar hållbara reningssystem
Mistra TerraClean har en total budget om 60 miljoner kronor och pågår 2017–2021. Programmet leds från KTH, men i konsortiet finns flera universitet och forskningsorganisationer: Stockholms universitet, Uppsala universitet, Swetox, IVL Svenska miljöinstitutet, RISE samt branschorganisationen SwedNanoTech. Bland de deltagande företagen finns Vattenfall, Boliden, Camfil och Akzo Nobel.