Vinnare i Helsinki Challenge: Vill spara sommar­värme till vintern

Team Heatstock är ett av två lag som vinner 187 500 euro vardera i vetenskapstävlingen Helsinki Challenge. 

Heatstock har utvecklat ett kompositmaterial som kan lagra värme på lång sikt. Leena Hupa och Ari Seppälä berättar att forskarteamet vill skapa en hållbar lösning för uppvärmning av hus.

Hur långt har ni kommit i forskningen?

Seppälä: Utmaningen är att lagra värme under längre tider, för om ett varmt föremål är i en kall omgivning avger föremålet sin värme. I vårt material kan man i princip lagra värme för evigt. Materialet fungerar än så länge enbart i liten skala. I prov på några milligram, stora som fingerspetsen, fungerar det exemplariskt. Vi försöker för tillfället skala upp det. Om vi får det att fungera i enheter på 100 gram har vi redan kommit långt, för ett större förvar skulle kunna bestå av många separata 100 grams enheter. I princip behövs ingen isolering, men i praktiken förbättras det antagligen av någon typ av isolering.

Hur fungerar ert material?

Seppälä: Värmen kan tas tillvara varifrån som helst där man når temperaturer på över 100 grader. Främst skulle det handla om att ta tillvara solenergi eller spillvärme från industrin.  Själva lagringen av värme baserar sig på fasförändringar i material. När vårt material kyls ner kristalliseras det inte, utan blir amorft, det vill säga atomerna i ämnet har ingen ordnad struktur. För att materialet ska börja avge sin energi behövs en liten extra värmepuls. Då börjar materialet kristalliseras, och energin frigörs. 
Hupa: Handvärmare fungerar på lite motsvarande sätt, de innehåller en övermättad lösning av salthydrat. Handvärmaren kokas i vatten för att lagra värme, och för att handvärmaren ska värmas upp trycker man på en liten metallplatta inne i värmepåsen.
Seppälä: Vi har även talat om att använda vårt material för mindre tillämpningar såsom värme­källor i kläder, till exempel en väst med solpaneler på ryggen. Det kanske också kan användas för att värma vatten under utfärder eller för att ersätta ved på katastrofområden. Med vårt material kan värmelagret ha vilken storlek som helst, från riktigt litet till väldigt stort.

Vilka hus skulle gynnas av att använda ert material för värmelagring?

Seppälä: Främst talar vi om energisnåla passivhus med modern teknik. Då kunde det räcka med ett lager på 12 kubikmeter för att lagra värme för ett halvt år. Tekniken kunde också användas som en del av ett värmesystem, till exempel i kombination med en luftvärmepump. I ett gammalt trähus är värmesvinnet så stort att vårt material inte lönar sig.

Ert material är ett kompositmaterial. Det består av en sockeralkohol (erytritol) som används i bantningsprodukter och ett ämne som används för att binda vätska i blöjor (natrium­polyakrylat). Hur kom ni på att kombinera dessa material?

Seppälä: Att använda erytritol, ett sötnings­medel som används som substitut för socker, var min idé. Jag har forskat i området i tio år och tidigare testat andra material som inte fungerat, bland annat xylitol. Problemet med xylitol är att kristalliseringen är så långsam att värmen avges för långsamt. Jag som har en bakgrund i mekanik och fysik märkte att här behövs en kemist. Jag gav som uppdrag åt Salla Puupponen att reda ut underkylningen och hitta ett ämne som inte kristalliseras då det kyls ner. Att kombinera just de här två ämnena var Sallas idé.
Hupa: Fördelen med de här materialen är att de är miljövänliga, de är inte giftiga och inte så väldigt dyra heller.

Vilka är de största utmaningarna för er?

Seppälä: Att skala upp värmelagringen i större skala. Vi har varit i kontakt med industrin och de har lovat att köra en demo när vi lyckats med skalandet. Genombrottet kan ske väldigt fort, men vi skulle behöva koncentrera oss på uppskalandet på heltid i ett års tid. För att få forskningsfinansiering på energisidan från industrin måste man vara väldigt nära en tillämpning.

I teamet Heatstock ingår Ari Seppälä, Aalto-universitetet, Leena Hupa, Åbo Akademi, Daniel Lindberg, Åbo Akademi, Kirsi Jouppila, Helsingfors universitet, Ilkka Hippinen, Motiva, Kati Laakso, Motiva, Salla Puupponen, Aalto, Olli Vartia, Aalto, Konsta Turunen, Aalto, Kari Saari, Aalto.

Helsinki Challenge

• * En vetenskapsbaserad idétävling där forskare från tio finländska universitet utvecklar lösningar som hjälper mänskligheten att nå FN:s hållbarhetsmål.
• * Under den ett år långa processen har lagen vidareutvecklat sina idéer under träffar av olika slag. Mentorer hjälper deltagarna att popularisera vetenskap, berätta slagkraftigt om sitt projekt, tänka i form av design och ansöka om finansiering.
• * Två vinnande lag, Heatstock och Icombine, delar på prissumman på 375 000 euro. Vinnarna utsågs den 24 november. Det andra vinnarlaget Icombine utvecklar en databas som gör det enkelt för läkare att söka efter den bästa möjliga personaliserade behandlingen för varje cancerpatient. Läs mer på: challenge.helsinki.fi/

 

Läs också om Futurena som utvecklar en 3d-printad mininjure.

Heidi Furu text