Norge er i dag et rikt land, og de fleste av oss lever godt. Hvordan ble landet så rikt?

Noen av oss forklarer det gjerne med ett ord: olje. Men kan det virkelig være så enkelt?

Norge er tross alt ikke det eneste landet som har oppdaget store oljefelt. Congo, for eksempel, eksporterer enorme mengder med olje, men har likevel en levestandard som er langt lavere enn den vi har. Trolig må det mer til enn naturressurser for å skape et velstående land.

Så hvilke forutsetninger måtte til for at Norge tjente seg styrtrik på den samme råvaren?

Og samtidig – andre nordiske land som Sverige og Finland hadde ikke den samme oljeflaksen som vi hadde. Likevel har de i dag en god levestandard og høye inntekter. Hadde Norge uansett kommet til å utvikle seg i takt med nabolandene, selv om vi ikke fant oljen?

Flaks eller kløkt?

I 1969 ble Ekofisk, Norges første oljefelt, oppdaget. Og 47 år senere ligger landet vårt nå på topplistene for brutto nasjonalprodukt (BNP) per innbygger og human development index (HDI). Landet er altså rikt og innbyggerne har det stort sett godt.

Men det ligger vel et par steg fra Norge oppdager den mørkebrune, klissete væsken til det blir et av verdens rikeste land.

Så hva førte oss til denne velstanden? Var det smarte politiske avgjørelser, eller var det rett og slett flaks?

– Vi liker jo å tro at vi gjorde noen smarte valg og selv om det ligger mye i det, så er det kanskje litt vel selvforherligende, sier Pål Nygaard. Han er historiker ved Handelshøyskolen BI.

Han mener det er en god blanding av kløkt og flaks som har gjort oss til et velstående land.

– En viktig del av det er timingen vår, sier han til forskning.no.

• Les også: – Mest flaks at norsk økonomi er så god

Norge hadde gode kort på hånden

Nygaard forteller at da Norge fant og begynte å produsere olje og gass, var det stor politisk uro i det internasjonale oljemarkedet.

La oss ta et lite steg tilbake. På starten av 60-tallet var oljemarkedet dominert av syv private multinasjonale oljefirma, populært kalt «De syv søstre». Disse firmaene tjente store penger på olje de hentet ut av ulike land. På den måten gikk mye av fortjenesten ut av landet oljen opprinnelig kom fra.

Det var det flere land som mislikte. Derfor opprettet de i 1960 Organization of the Petroleum Exporting Countries (OPEC), en organisasjon som blant annet ville sørge for at oljeinntektene gikk til landet oljen faktisk kom fra.

I 1973 velger OPEC å straffe alle land som støtter Israel under den såkalte yom kippur-krigen, med enten prisøkning på olje eller boikott. Prisene på olje ble derfor skyhøye.

Ifølge Store norske leksikon hadde vi på dette tidspunktet alt sørget for at havbunnen, og det som måtte finnes under den, i områdene utenfor kysten var underlagt Norge.

– Jeg tenker det blir feil å si at det bare er flaks. Men det er jo klart at timingen var god. Norge kom inn i en betent situasjon hvor oljeprisene økte veldig, samtidig som etterspørselen var stor. Vi satt helt klart med gode kort på hånden, oppsummerer Nygaard.

Gode trekk

Men det hjelper ikke å sitte med gode kort på hånden om man ikke spiller de riktig. 

Det var nemlig ingen tilfeldighet at Norge hadde sikret seg rettighetene på havbunnen utenfor norskekysten i forkant av oljefunnet.

Flere internasjonale oljeselskap hadde begynt å snuse på norskekysten etter et stort gassfunn ved Groningen i Nederland i 1959. Funnet tydet på at det fantes olje og gass i Nordsjøen.

Norge fikk forespørsler fra flere selskaper som ønsket å bore etter olje. Nå gjaldt det for norske myndigheter å ha tunga rett i munnen.

For det første: Hvordan skulle de sikre at potensielle oljeinntekter ikke forsvant ut av landet og havnet i hendene på de internasjonale selskapene? Og for det andre: Norge hadde ikke kompetanse til å hente ut og produsere petroleum selv. Vi var derfor avhengig av at internasjonale selskaper ville satse på norsk olje.

Norsk kontroll

– Det var et par ting her vi gjorde som var smart, forteller Nygaard.

– En ting var å utarbeide de ti oljebudene, en rekke prinsipper for hvordan vi skulle organisere oljeproduksjonen. Budene skulle også sikre at produksjonen kom Norge til gode og skulle heller ikke gå imot tradisjonell norsk industri, sier Nygaard.

Samtidig sørget politikerne for å gjøre norsk olje attraktiv for utenlandske selskap ved å legge til rette for fortjeneste, til tross for høye skatter.

De første store olje- og gassfeltene ble stort sett dominert av utenlandske selskaper, ifølge Store norske leksikon. Men norske myndigheter hadde et mål om at Norge etter hvert skulle produsere olje. 

I tillegg skulle Norge bli god på oljeindustri – alt fra leting, utbygging, drifting og bearbeiding av olje og gass.

Gradvis tok likevel norske oljeselskap, som Statoil og Norsk Hydro, over produksjonen av norsk olje. Slik fikk vi etter hvert kontroll på olje- og gassproduksjonen.

Senere sørget vi også for å bli gode på oljeteknologi.

– Det ble innført såkalte teknologiavtaler, hvor staten kunne stille krav til oljeselskap om å finansiere norsk forskning i olje- og gassektor, forteller Nygaard.

En serierekke av flaks

Selv om mye av velstanden vår kommer av hardt arbeid og gode avgjørelser, har veien videre fram til i dag også vært preget av litt flaks, mener Helge Ryggvik. Han forsker på økonomihistorie ved Universitetet i Oslo.

Én avgjørende side var at den norske oljen lå tilgjengelig for datidens teknologi. Sammenlignet med Brasil, som beynte å lete etter olje samtidig som Norge, så fant ikke de noe før mye senere. Det var rett og slett fordi de ikke hadde god nok teknologi til å lete så dypt som oljen lå. Ekofisk-feltet lå derimot akkurat i grensen for hvor dypt teknologien nådde.

Og slik fortsetter det.

Mot slutten av 70-tallet skulle altså Norge begynne å produsere olje og gass selv. Derfor satte vi i gang produksjon på Statfjord- og Gullfaksfeltet. 

– Dette var enorme og kostbare utbygginger. På et tidspunkt var kostnadene så store på Statfjord at det ble usikkert om det i det hele tatt ville lønne seg. Det gikk mot en skikkelig industriskandale, forteller Ryggvik.

– Men hva skjedde så? Jo, det ble revolusjon i Iran, og oljeprisen ble tredoblet, fortsetter han. 

Mot 80-tallet begynte oljeprisene å falle, og i 1987 kom børskrakket. Som konsekvens var oljeprisen veldig lav. Norge gikk derfor med underskudd, selv om vi produserte mye olje. Men også dette problemet lot seg løse relativt lett. 

– Tidligere hadde politikere satt et tak på hvor mye olje og gass som skulle produseres. De var klar over at dette var en begrenset ressurs – vi skulle ikke bli for avhengig av den. Men nå satte vi altså i gang oljeproduksjonen og brøt alle regler som vi hadde satt for oss selv. Vi tok nærmest verdensrekord i å ta ut olje, forteller Ryggvik.

Det gjorde oss rimelig sårbare. Rundt 2000 hadde nådd grensen for hvor mye olje vi kunne produsere. Dersom oljeprisen falt nå, ville Norge få problemer. 

– Da begynte oljeprisen å stige igjen. I stedet for en alvorlig krise kunne vi ekspandere. Det førte til en massiv investeringsvekst, sier Ryggvik. 

Om vi har gått tom for flaks nå, gjenstår å se. 

Demokrati til grunn

Som nevnt innledningsvis i artikkelen, så har ikke andre land som har funnet tilsvarende mengder olje den samme velstanden som Norge har. Hva er det som gjør at vi skiller oss ut?

Ola Honningdal Grytten, professor i økonomihistorie ved Norges Handelshøyskole, forteller at det er det institusjonelle som har gitt oss norsk velstand. Det vil si for eksempel rettssystemet vårt, og rollen offentlige myndigheter spiller.

– Det finnes mange land som er rike på naturressurser, men som mangler en skikkelig rettsstat og et skikkelig demokrati hvor lederne er ansvarlige overfor folket, sier han til forskning.no.

– Vi har greid å organisere oss på en slik måte at formuen i naturressursene ikke ødsles bort, men brukes til det beste for folket, fortsetter Grytten.

Det samme sier også Thorvaldur Gylfason, professor i økonomi ved Universitetet i Island. Han har blant annet forsket på norsk økonomi.

– Norge lyktes fordi landet hadde et godt utviklet demokrati og høyt utdannelsesnivå. Dette bidro til at Stortinget kunne avgjøre at oljeinntektene tilhørte det norske folk. Dermed unngikk de at ulike interessegrupper fikk kontroll på oljen, skriver han i en e-post til forskning.no.

Referanser:

Ryggvik, H. Forhandlingene om Norges kontinentalsokkel. Store norske leksikon (2014)

Ryggvik, H. Norsk oljehistorie. Store norske leksikon (2014)

Norsk oljehistorie på 5 minutter. Regjeringen.no (2016)

Oljefakta. Norsk oljemuseum

Sammen med Universitetet i Oslo utviklet stipendiat Caroline Cruaud en språklæringsapp for en klasse med franskelever på videregående. Etter å ha fulgt elevene i et år så hun at appen hadde en tydelig effekt på elevenes språkkunnskaper. 

Studien hennes viste at elevene som fikk franskundervisningen supplert med språklærings-appen, gjorde det gjennomgående bra. Resultatet ble nylig publisert i Innovation in Language Learning and Teaching.

Engasjerte elevene

– Den spillorienterte undervisningen engasjerte og inspirerte elevene til å bruke fremmedspråket både i og utenfor klasserommet, sier Cruaud.

Hun forteller at appen gjorde at elevene inntok en leken holdning, som ifølge tidligere forskning gjør at elevene tar mer ansvar for egen læring. Det gjør at elevene tar selvstendige avgjørelser som innebærer alt fra å definere mål, innhold, fremdrift, til metoder og teknikker, sier Cruaud.

Appen hjalp også elevene som vanligvis ikke tør å delta i klasseromsamtaler, enten fordi de er sjenerte eller fordi de er engstelige for å uttrykke seg på et annet språk.

Nå fikk de en ny setting der de kunne prøve seg frem med språket og være aktive deltakere i timen. De kunne delta via korte meldinger på appen, egenskrevne artikler på bloggen og gjennom bilder eller video. De fikk tryggere omgivelser å utvikle seg i.

– Elevene jeg observerte produserte også mye tekst og andre produkter som video og podcast på fransk gjennom hele året. Det vi ser, er at de har brukt språket på en annen måte enn de vanligvis ville gjort i undervisningen. Det er viktig for fremmedspråkopplæring at elevene bruker språket, at de eksperimenterer med det. Slikt blir det flytende språk av.

– Jeg vil kalle funnene mine for lovende. Men det trengs selvsagt mer forskning, sier Cruaud.

• Les også: Slik kan læreren hjelpe elevene til å bli gode i språkfag

Egenutviklet app

Appen er utviklet i samarbeid med EngageLab ved Det utdanningsvitenskapelige fakultet ved Universitetet i Oslo.

Mens de fleste andre spillorienterte verktøy er utviklet for matte, fysikk og biologi, er denne appen veldig fleksibel og kan tilpasses flere fag. Ideen er at læreren skal kunne fylle den opp med relevant innhold. I dette forskningsprosjektet var innholdet spesielt utviklet for fremmedspråkundervisning.

Appen er ikke begrenset til nettbrett eller mobiltelefon. Den kan brukes på alle slags verktøy inkludert datamaskin. Elevene kan selv velge hvordan og med hvilke verktøy de vil jobbe.

– Jeg mener at appen gjør det lettere å tilpasse undervisningen, forklarer Cruaud. Nå kan elevene selv velge hvilke og hvor mange oppgaver de skal jobbe med. Appen inneholder både kollektive og individuelle oppgaver, og studentene kan alltid velge hvordan de vil jobbe.

• Les også: Flerspråklige ungdommer skriver seg kompetente

Fulgte franskklasse gjennom et helt år

Cruaud observerte forsøksklassen gjennom et helt år. I tillegg til videoobservasjon, intervjuet hun både elevene og lærerne.

– Det var viktig å være der fra august til juni for å få et bedre bilde av hvordan det fungerer på lang sikt. Det er vanskelig å få gode resultater når man bare er der noen få uker.  Alle er jo spent på å bruke et nytt verktøy i starten.

Appen er foreløpig ikke kommersialisert.

– Jeg må nok skuffe alle som prøver å finne den i AppStore eller hos Google Den er et interessant verktøy, og det er godt mulig at vi kan få gjort noe mer med den etter hvert. Men inntil videre forblir den i forskningens tjeneste.

– Neste steg nå er å se på hvordan lærerne opplevde å bruke appen. Det skal bli spennende å se hva som kommer ut av disse dataene, avslutter Cruaud.

• Les også: Tospråklige barn vil bli gode i norsk

Må være en del av en strategi

Cruauds forskning tar utgangspunkt i såkalt spillifisiering. Det vil si når elementer fra spill brukes på helt andre områder. Som for eksempel i appen som franskelevene brukte. 

– Fenomenet spillifisering har sitt opphav i markedsføring, hvor spill-liknende systemer basert på poeng og rangering har vært viktige for å styre kundeatferd, forklarer hun.

– Når man bruker spillifisering i undervisning, blir det litt annerledes. I skolen er det elevene og ikke en kjøpelysten kundegruppe som står i sentrum. Spillifisering i undervisningen handler ikke ene og alene om belønnings- og motivasjonssystemer, ei heller om rene dataspill som medium for læring. Det handler like mye om at lærer og elever tester ut nye metoder for kreativ og engasjerende undervisning, i dette tilfellet en app, og at man ser på læring og samhandling i klasserommet med nye øyne.

– Jeg velger å bruke begrepene «spillorientert læring» eller «spillorientering», heller enn spillifisering, forklarer Cruaud.

– Det er mange som misforstår og tror at spill-orientering i skolen bare handler om å putte elevene inn foran et kommersielt dataspill. Så enkelt er det ikke. Det er viktig å se på bruk av spill som del av en gjennomtenkt pedagogisk strategi.

Referanser

Cruaud, C.:The playful frame: gamification in a French-as-a-foreign-language class. Innovation in Language Learning and Teaching (2016) (Sammendrag.)

Senter for IKT i utdanningen (2014).  Notat nr. 1 – Dataspill i skolen

Forskere utvikler nå fremtidens miljøvennlige solceller, som skal fange opp dobbelt så mye energi som i dag. Trikset er å kombinere to ulike typer solceller for å kunne utnytte en langt større del av sollyset.

– Dette skal bli verdens mest effektive og miljøvennlige solceller. Det finnes riktignok solceller i dag som er like effektive, men de er både dyre og giftige. Materialene til solcellene våre skal dessuten være lett tilgjengelige og finnes mye av på Jorda. Det er et viktig poeng, forteller professor Bengt Svensson på Fysisk institutt ved UiO.

Svensson er en av landets fremste forskere på solenergi og har i årevis ledet svære forskningsprosjekter i Mikro- og nanolaboratoriet (MiNa-laben), som eies i fellesskap av UiO og Sintef. Med nanoteknologi kan atomer og molekyler settes sammen til nye materialer med helt spesielle egenskaper.

Fysikeren tar nå i bruk det aller ypperste innen nanoteknologi og skal utvikle de nye solcellene gjennom det europeiske forskningsprosjektet Solhet, som er et samarbeid mellom UiO, Institutt for energiteknikk (IFE) på Kjeller og det polytekniske universitetet i București, samt to andre rumenske institusjoner.

Moderne solceller

Målet deres er å utnytte enda mer av lysspekteret i sollyset enn det som er mulig i dag. 99 prosent av dagens solceller er laget av silisium, som er et av de aller vanligste grunnstoffene på Jorda. Uheldigvis utnytter silisiumcellene bare 20 prosent av sollyset. Verdensrekorden er 25 prosent, men disse solcellene er krydret med farlige og sjeldne stoffer. Den teoretiske grensen er 30 prosent. Forklaringen på denne begrensningen er at silisiumceller først og fremst fanger opp lysbølgene fra det røde lysspekteret. Det betyr at mesteparten av lysbølgene forblir ubenyttet.

De nye solcellene skal bestå av to energihentende lag. Det første laget skal fortsatt være lagd av silisiumceller.

– Den røde bølgelengden i sollyset danner strøm i silisiumcellen på en ganske effektiv måte. Vi har jobbet mye med silisium, så der er det ikke mer å hente.

Det nye trikset er å legge et lag oppå silisiumcellene. Dette laget lages av kobberoksid og skal fange opp lysbølgene fra det blå lysspekteret.

– Vi har klart å lage kobberoksid som henter ut tre prosent av energien fra sollyset. Verdensrekorden er ni prosent. Vi jobber nå intenst for å øke andelen til tjue prosent. Kombinasjonen silisiumceller i det ene laget og kobberoksidceller i det andre gjør at vi kan absorbere langt mer lys og dermed minske energitapet. Med denne kombinasjonen kan vi utnytte 35 til 40 prosent av sollyset, poengterer Bengt Svensson.

Solcellepanelet skal også bestå av andre lag. På undersiden legges det på et beskyttende glasslag og et metallag som leder strømmen ut av solcellen. Fremsiden skal bestå av et antirefleksjonsbelegg, slik at lysstrålene fanges opp og ikke reflekteres tilbake.

Solcellepanelet blir svært tynt. Tykkelsen på de enkelte lagene varierer mellom hundre og tusen nanometer. Tusen nanometer er en mikrometer. Et hårstrå er ti ganger tykkere. Ett av de store sjakk-trekkene er å lage et spesiallag som blir så tynt som en til to nanometer. Det kommer Apollon tilbake til, men først noen teoretiske forklaringer:

Fanger elektroner

Alle solcellematerialer lages av halvledende stoffer. Halvledere har helt spesielle elektriske egenskaper. De elektriske egenskapene styres av båndgapet.

Båndgapet sier noe om hvor mye energi som må til for å få tak i elektroner.

Materialer uten båndgap leder strøm. Materialer med stort båndgap leder ikke strøm. Halvledere er materialer med et båndgap midt imellom. Da leder de bare delvis strøm.

Nanoteknologien brukes til å designe materialer med et helt bestemt båndgap.

Når fotonene, altså lyspartiklene fra solen, treffer solcellen, tilføres energi til solcellen. Denne energien dytter et elektron gjennom båndgapet og inn i det som kalles for ledningsområdet. Da kan elektronene plukkes opp og tas ut som energi.

Elektronene etterlater seg elektronhull. Både elektronet og elektronhullet kan lede strøm.

– Utfordringen er å lage kobberoksid med et akkurat så stort båndgap at man rekker å fange elektronene før de detter tilbake igjen i elektronhullene. Dette har vi jobbet med i noen år, og vi begynner nå å skjønne hvordan dette lar seg gjøre.

Tiden er knapp. Det er likevel et lyspunkt: Hvis elektronene er borte fra elektronhullene i mer enn et tusendels sekund, er det mulig å fange dem.

• Les også: Slik virker en solcelle

Kaos mellom lagene

Et av de uløste problemene i de nye solcellene er grenseområdene mellom de ulike lagene.

– Når lagene legges oppå hverandre, dannes det kjemiske reaksjoner som reduserer effekten av, eller i verste fall – ødelegger solcellene.

Det ene problemet er grenseflaten mellom solcellelaget som fanger opp energi fra det blå lyset, og det ytterste laget, sinkoksid som både beskytter og leder strømmen ut fra solcellen.

Uheldigvis dør elektronene ved grenseflaten.

Den største utfordringen er grenseflaten mellom silisiumlaget – som henter energi fra det røde lyset – og kobberoksidlaget, som henter energi fra det blå lyset.

De to solcellelagene fungerer bra hver for seg. Og det er her Apollon kommer til poenget.

Problemet oppstår når lagene legges sammen. Da skjer det uheldige, kjemiske endringer.

– De kjemiske endringene kan endre båndgapet.

Når båndgapet blir feil, fylles elektronhullene igjen før man rekker å få tak i elektronene.

En av mulighetene er å legge inn noen andre stoffer mellom lagene, slik at de kjemiske endringene minimeres.

Det finnes flere måter å lage dette bufferlaget på.

– Vi ønsker å bruke et hydrogenrikt materiale. Det kan passifisere de kjemiske endringene og øke levetiden til elektronene og elektronhullene.

En annen mulighet er å krydre bufferen med galliumoksid, men dette stoffet er ikke akkurat miljøvennlig. Rent gallium er giftig.

Ved å lage bufferen så tynn som bare én til to nanometer, minimaliseres den kjemiske effekten.

– Jo tykkere mellomlaget blir, desto flere elektroner blir stoppet på veien. Det ødelegger den elektriske evnen. Hvis elektronene stopper opp i bufferlaget, fungerer ikke solcellene lenger.

• Les også: Knuser atomer for å lage fremtidens legemidler og solceller

Fra teori til praksis

De teoretiske beregningene av hvordan bufferlaget bør se ut, skjer på Det polytekniske universitetet i București.

– De er meget gode på teoretiske modelleringer, forteller Bengt Svensson.

Professor Laurentiu Fara på Det polytekniske universitetet i București forteller til Apollon at de blant annet har beregnet og simulert den optimale tykkelsen på solcellelagene, hvordan lagene best mulig kan legges sammen og hvordan det teoretisk sett er mulig å hente ut mest mulig strøm.

– Vi har store forventninger til at solcellene kan bli pålitelige og lønnsomme, men vi er meget klar over at det fortsatt gjenstår mye hardt arbeid, påpeker Laurentiu Fara.

UiO tar seg av eksperimentene. IFE skal lage prototypen for hvordan det er mulig å produsere solcellene i store volumer. IFE er dessuten hovedkoordinator for hele forskningsprosjektet.

– Vi har allerede i mange år, i samarbeid med norsk solcelleindustri, jobbet med silisiumbasert solcelleteknologi. Vi skal nå se på hvordan de to solcellelagene kan tilpasses hverandre for å få mest mulig effekt ut av hele solcellen og hvordan de to cellene påvirker hverandre både optisk og elektrisk, forteller Sean Erik Foss på IFE.

Han forteller at veldig mange forskere og teknologiselskaper nå jobber med den nye typen solceller med silisium i bunn og med et lag «mer eksotiske materialer» på toppen.

Det rumenske solcelleselskapet Wattrom skal vise at det er mulig å produsere de nye solcellene.

– Teknikken er billig, og den kan lett skaleres opp i store volum. Og det er ikke dyrere å lage solceller av kobberoksid enn silisium, sier Bengt Svensson.

Han mener solcellene vil bli svært lønnsomme å produsere fordi utnyttelsen av lysspekteret blir høy.

– Selv en tiendedels prosent økning av effektiviteten gir stor økonomisk gevinst for solcelle- industrien. Her er det snakk om en dramatisk økning av effektiviteten.

Solcellene skal dessuten fungere bra selv i de områdene på kloden der Sola står lavt, slik som i Skandinavia.

Han sier at effektive solceller kan endre hele måten å tenke energi på i fremtiden.

– Vi har en enorm ressurs i Sola. Hvis vi kunne ha utnyttet sollyset hundre prosent, ville én time av sollyset kunnet dekke hele det årlige energibehovet på Jorda. Potensialet er derfor enormt. I prinsippet er det mulig å dekke hele verdens energibehov med sollys. Solenergien er faktisk den fornybare energikilden som har aller størst potensial. Det er dette vi vil utnytte, forteller Bengt Svensson.

Artikkelen ble først publisert i Apollon.

Vinteren har vært varm på Svalbard i år. Det gjelder ikke laboratoriet der Niek Heijkoop jobber. Her er det stabilt – ti grader.

– Jeg håper resultatene mine kan brukes i datamodeller, forklarer Niek Heijkoop, som har valgt å tilbringe flere måneder om gangen ved drøyt 78 grader nord. Laboratoriet hans ligger inne i lokalene til Universitetssenteret på Svalbard (UNIS) i Longyearbyen.

Masterstudenten Heijkoop fra Universitetssenteret på Svalbard (UNIS) og TU Delft i Nederland jobber sammen med folk fra blant annet NTNU for å teste is som påføres sykliske, altså regelmessige, belastninger. Arbeidstøyet er tjukke klær og støvler. Det trengs inne i de spesialbygde kulderommene.

Men hvorfor i all verden trenger vi å vite hvordan is reagerer når den utsettes for sykliske belastninger over tid?

• Les også: Svalbard-sommerfugl funnet igjen etter 140 år

Skal gjøre leting trygt

Det er ikke akkurat en hemmelighet at temperaturen på kloden har gått opp de siste årene. Dette åpner så klart for uro og mange spørsmål. Men noen ser også muligheter.

Allerede i dag er det relevant for vindturbiner i Østersjøen. I framtida kan flere skip kanskje bruke nordlige farvann når de blir isfrie. Men noen snakker også om at mildere vær gjør at vi kan lete mer etter olje, mineraler og andre ressurser i nord. I så fall kan vi trenge faste installasjoner. Disse installasjonene må tåle de til tider temmelig tøffe forholdene som du finner noen få grader sør for Nordpolen.

For å gjøre leting og eventuell utnytting tryggest mulig må vi vite hvordan isen rundt faste og flytende installasjoner reagerer under forskjellige forhold.

En stabil plattform her nord kan bli omgitt av is store deler av året. En slik installasjon vil bevege seg, påvirke isen og igjen bli påvirket av den. Disse bevegelsene vil være repeterende over lengre tid på grunn av mer eller mindre stabile bølgebevegelser. Vi må derfor undersøke hvordan slike repeterende bølgebevegelser påvirker isen.

Trykket som oppstår i isen på grunn av disse bevegelsene kan simuleres i laboratoriet her ved UNIS.

• Les også: Blåskjellene på Svalbard kommer fra Middelhavet

Lager isen selv

– Det er grunnleggende fysikk, sier Heijkoop.

Sjøis har en styrke som er følsom overfor blant annet hvor hurtig vi påfører belastninger. Dette gjelder også når vi påfører isen sykliske belastninger.

For sjøis er for eksempel bølger en naturlig belastning som opptrer syklisk med en bestemt periode. Derfor er det viktig å undersøke styrkeegenskapene til sjøis for slike belastninger.

Konstruksjoner kan også bevege seg med en bestemt periode som følge av at isen kan presses og knuses mot konstruksjonen. Det er da viktig å forstå hvordan isens styrke påvirkes som følge av den sykliske belastingen fra konstruksjonen.

Utfordringen ligger blant annet i å få sammenlignbare resultater. Det betyr at isprøvene som utsettes for trykk må være like nok til at resultatene fra ulike tester kan gi reelle svar. Da nytter det ikke å gå utendørs for å forsyne seg av en tilfeldig isklump.

Isen som testes i laboratoriet på Svalbard lages da også innendørs for å få den så lik som mulig fra test til test.

• Les også: En levende ørken på Svalbard

Langsiktig arbeid

Heijkoop får hjelp fra flere andre forskere, blant annet postdoktor Torodd Skjerve Nord fra NTNU, som også er adjunkt og førsteamanuensis ved UNIS.

– Arbeidet til Niek Heijkoop er starten på et langsiktig arbeid med å forstå bedre hvordan is blir påvirket av sykliske belastninger. Dette er undersøkt delvis fra før, men ikke nok. For eksempel vet vi en del om hvordan sjøis oppfører seg under sykliske belastninger ved minus ti grader, mens vi vet veldig lite om hva som skjer når temperaturen stiger til minus fem grader, sier Skjerve Nord.

– I en større sammenheng ønsker vi å forstå om dette kan ha påvirking på hvordan vi bør beskrive isen i numeriske modeller som regner ut belastninger og respons i konstruksjoner.

Trådløse nettverk overvåker og kontrollerer lys, temperatur og andre prosesser på oljeplattformer og i fabrikker, næringsbygg og privathjem. Sensorene i disse nettverkene utfører trådløs kommunikasjon seg imellom og til en sentral som eventuelt varsler om avvik.

Kommunikasjonen i trådløse nettverk krever mye energi. Helt siden starten av den digitale revolusjon har batterikapasitet vært en sentral utfordring.

Ved Universitetet i Agder (UiA) har flere doktorgradsstipendiater forsket på nye metoder for å få sensornettverk til å leve lenger. Det gjelder også Ajith Kumar, som nylig har levert doktorgraden sin. 

• Les også: Derfor mister batterier peppen

Mer effektivt nettverk

– I min forskning dreier det seg ikke om utvikle nye og sterkere batterier, men om å optimalisere datatrafikken og datasystemet på en slik måte at batteriene tappes for mindre kraft. Dermed varer sensornettverket lenger, sier Kumar.

På fagspråket kalles dette å utvikle en protokoll og installere og sette den i drift på sensornoder. Enklere sagt vil det si å lage regler som styrer kommunikasjon og dataoverføring i nettverket.

– Poenget er å forbedre og optimalisere protokollen slik at nettverket drives mest mulig effektivt, sier forskeren.

• Les også: Silisium gir sprut til batteriene

Dyrt vedlikehold

Verken batterier eller sensorer er i seg selv dyre, men det koster å sende ingeniører ut på olje- og gassplattformer i Nordsjøen eller andre steder for å skifte sensornodene. Derfor er det så viktig å finne frem til nye og effektive styringsprogram for nettverkene.

– Ofte må hele eller store deler av plattformene i Nordsjøen, eller maskinparken i en fabrikk på land, stenges ned for å bytte batterier på noen få sensorer, sier Kumar.

Han minner om at det ofte er høye temperaturer i maskinene hvor sensorer og batterier befinner seg.

– Hvis batteriene får utvidet levetid, blir det mindre nedetid på anleggene og mindre utgifter til vedlikehold, sier Kumar.

Kumar gjør oppmerksom på at behovet for stadig mer energieffektive trådløse nettverk vil øke i tiden fremover.

– All trådløs nettverkskommunikasjon via sensorer og sensornoder er avhengig av effektiv dataoverføring via internett. I fremtiden blir det enda mer trafikk via internett fra mobiltelefoner, mobilnettverk og mikroprosessorer i elektronisk utstyr og lignende. Da blir det viktig å programmere energieffektive styringssystemer for nettverkene, sier Kumar.

Referanse:

Kumar, A. A Dual-Mode Adaptive MAC Protocol for Process Control in Industrial Wireless Sensor Networks. Doktorgradsavhandling ved Universitetet i Agder (2017)

Ferdsel i farvann med is kan være en krevende affære. Isen på havet er lumsk og i konstant bevegelse, isfjell kan komme drivende og gjøre stor skade. Og kraftige polare vinder oppstår brått og uventet.

Samtidig øker skipstrafikken i arktiske områder innen både shipping, forskning og turisme. Olje- og gasselskapene snuser også på nordområdene.

Øivind Kåre Kjerstad er forsker ved Universitetssenteret på Svalbard (UNIS) og NTNU, og jobber med operasjoner og styring av båter i is og ekstremvær. Han kan få båter til å fullføre kompliserte operasjoner under ekstreme forhold i arktiske farvann.

• Les også: Hvorfor blir Arktis brunere?

Ligge i ro uten anker

– Jeg jobber med dynamisk posisjonering i is og ekstremvær. Teknologien brukes i hovedsak til å holde en båt i ro over et punkt på sjøbunnen. Ved operasjoner i Arktis er det ofte en hel flåte med skip som samarbeider om kompliserte operasjoner. Da må de holde seg samlet, og det er viktig at alle skipene jobber sammen og har den nødvendige informasjonen om isforholdene, forklarer Kjerstad.  

Se for deg at et skip eller en annen flytende konstruksjon skal ligge i ro uten bruk av anker. Det er ikke nødvendigvis så lett i områder der isen kan drive fort med store krefter og presse fartøyet i andre retninger.

Kraften fra isen kan variere veldig, fra ingenting i det ene øyeblikket til voldsomt i det neste. Samtidig kan været skifte raskt.

Dynamisk posisjonering (DP) er å holde fartøyet på plass ved hjelp av skipets egne propeller, ror og thrustere.

Dette gjøres automatisk ved hjelp av et kontrollsystem som flere ganger i sekundet beregner kreftene som skal til for å kompensere for miljøet og justerer fartøyet tilbake i ønsket posisjon. 

Viktig for sikkerhet, økonomi og miljøet

Kjerstad og hans forskerkolleger lager matematiske beregninger basert på informasjon om blant annet istykkelse, iskonsentrasjon, bølger, vind, akselerasjon og posisjon.

Forskerne analyserer beregningene ved hjelp av teori, før de lager algoritmer for å kompensere for miljøkreftene og koder det inn i DP-systemet.

Først blir algoritmene testet på en simulator, deretter på skipsmodeller i laboratorieforsøk, og til slutt om bord på virkelige fartøyer.

Resultatene som forskerne kommer fram til, kan øke operasjonsvinduet til fartøyer som opererer i Arktis, slik at de slipper å avbryte oppdrag.

– Teknologien er viktig for sikkerhet, økonomi og miljøet. Ved å bruke fartøyet på en bedre måte, oppstår det mindre slitasje og man oppnår samme effekt med mindre bruk av maskineriet, sier Kjerstad, som som legger til at elementer av algoritmene også vil være interessante for fartøy som ferdes på åpent hav.

• Les også: De første troféjegerne på Svalbard

Varsler isens bevegelser

Som regel har kapteinen om bord på et skip i Arktis et støtteapparat rundt seg under operasjonen. Dette støtteapparatet, et såkalt ice management team, kan bestå av meteorologer og andre folk som har kunnskap om is eller som har erfaring fra lignende operasjoner.

Arbeidet til Kjerstad omhandler både direkte styring av båter og beslutningsstøtte. Han jobber blant annet med å utvikle systemer for å måle isens krefter på båten og for å gi informasjon om hvordan isen beveger seg i nærområdet til operasjonen.

Til dette arbeidet bruker han måleinstrumenter plassert på strategiske steder i skroget, og radar.

For å overåke isens bevegelser bruker forskerne et sett av posisjonssensorer som fraktes ut med helikopter. De inneholder batterier og kan derfor ikke dumpes i havet, og må hentes inn når de driver ut av operasjonsområdet.

Det er i dårlig vær at behovet for å vite hvordan isen driver er størst, og det er også da helikopterferdsel innebærer størst risiko – eller ikke er mulig i det hele tatt. Forskerne håper derfor at de skal klare å lage systemer som gir kapteinen den nødvendige informasjonen ved kun å bruke sensorer om bord på skipet. Dermed kan bruken av helikopter reduseres betydelig.

Videoen viser er en landing med helikopter på isbryteren Oden under Oden Arctic Technology Research Cruise 2012. I helikopteret kommer Prof. Sveinung Løset tilbake etter å ha vært ute å satt ut posisjonssensorer på isfjell. (Video: Wenjun Lu, Sveinung Løset og SAMCoT)

• Les også: Vil konfliktene i verden spre seg til Arktis?

– Isen kan lage store krefter på båten, og retningen den driver kan endre seg mye på kort tid. Et system som varsler isens bevegelser vil derfor redusere risikoen ved operasjoner i is, og gjøre dem mer robuste, forklarer Kjerstad.

I dag finnes ikke gode systemer som gir informasjon om isens bevegelser og isens krefter på båten. Kapteinen må derfor stole på egne eller andres erfaringer med hvordan man opererer fartøyer i islagte farvann.

Kobles mot autonom teknologi

I dag bruker kapteinen på et skip i Arktis en rekke ulike informasjonskanaler som blir kontinuerlig vurdert. Kjerstad og kollegene jobber derfor med å bygge ett samlet operasjonsbilde – altså at all nødvendig informasjon gjøres tilgjengelig gjennom ett informasjonssystem.

På sikt kan det kobles opp mot dirkete styring av båten, og mot autonom teknologi – som blant annet kan supplere besetningen om bord og ta over enkelte aspekter av styringen.  

Kjerstad er tilknyttet NTNU Sustainable Arctic Marine and Coastal Technology (SAMCoT), et senter for forskningsdrevet innovasjon som NTNU er vertskap for. SAMCoT jobber for å sikre trygge og miljøvennlige marine og kystnære operasjoner i Arktis.

Han samarbeider også nært med forskere ved NTNU Senter for autonome marine operasjoner og systemer (NTNU AMOS). Senteret jobber med å utvikle intelligente havkonstruksjoner og autonome ubemannede skip og andre farkoster.

Når du merker at du er tørst, er det kroppen som sier fra at du har mistet to prosent væske. Det høres kanskje ikke veldig dramatisk ut, men da har allerede prestasjonsevnen din gått ned med tretti prosent.

Så lite skal til, før du presterer dårligere, både fysisk og mentalt. For at kroppen din skal fungere, må altså væskebalansen være i orden.  

• Les også: – Åtte glass vann om dagen er tull

Ikke alle merker at de er tørste

Når du får et avvik i væskebalansen, begynner kroppen å protestere, og det første du merker er at du blir tørst. For en frisk person er ikke dette alvorlig. De fleste av oss drikker når vi er tørste. Men for noen mennesker kan situasjonen bli alvorlig.

Vi kan for eksempel tenke oss eldre mennesker som ikke merker at de trenger væske. Noen yrkesgrupper, som for eksempel brannfolk, soldater og idrettsutøvere havner også i situasjoner der de kan bli alvorlig dehydrerte.

Men med en mikrosensor i huden kan de få et varsel før situasjonen blir alvorlig.

• Les også: Farlig for idrettsutøvere å drikke for mye

Slik virker sensoren

Sensoren er utviklet av stipendiat Luis André L. Fernandes ved Høgskolen i Sørøst-Norge (HSN). Den inneholder et væskefylt trykkammer med en konstant saltkonsentrasjon, som kommuniserer med vannet og saltet på utsiden gjennom en membran. 

Når vi mister væske, er det i første omgang vannet som forsvinner mens saltene blir igjen. Dette fører til en økning i saltkonsentrasjonen på utsiden av sensoren. Da starter en prosess som trekker vann ut av trykkammeret. Denne prosessen er kjent som osmose.

Dette resulterer i et trykkfall inne i sensoren, som kan måles opp mot saltkonsentrasjonen utenfor sensoren. Det motsatte skjer når vi tar til oss væske. Saltkonsentrasjonen på utsiden av sensoren faller, og saltet inne i trykkammeret sørger for at vann strømmer inn igjen og trykket øker.

Kjemiske prosesser skaper altså et trykk inne i sensoren, og dette trykket blir et direkte resultat av væskebalansen i kroppen. 

• Les også: Derfor får kaffe og alkohol deg til å tisse

Liten, men inneholder alt

I dag måles væskebalansen blant annet gjennom prøvetaking, hudanalyser og vektmåling.  Den nye sensoren er bare 16 millimeter i diameter og 8 millimeter høy, men inneholder alt som skal til for å måle væskebalansen i kroppen. 

– Denne sensoren kan plasseres i underhudsfettet. Kroppen vår består av 60 prosent væske og det aller meste av vannet befinner seg i og mellom cellene. Veier du 70 kilo, er det fire liter rent blod. Resten er fordelt som kroppsvæsker som kan måles, forteller professor Erik Andrew Johannessen. 

Han jobber også ved HSN og har vært en av veilederne for Fernandes, som nylig disputerte med sin avhandling om mikrosensor-teknologi for måling av kroppsvæske. 

• Les også: Ikke friskere med mer vann

Kan bli viktig for eldreomsorgen

– De fleste av oss er litt dehydrert hele tiden, og kaffe fremmer jo også dehydrering. Derfor bør du alltid ha med deg et glass vann og drikke litt hele tiden, forteller Johannessen.

Institutt for mikrosystemer ved høgskolen jobber med mange typer mikrosensorer, og det handler ofte om helseteknologi.

– Dette er et av flere eksempler på teknologi som kan bli viktig for eldre som bor hjemme. Ulike typer sensorer kan hjelpe til med å varsle når folk ikke er i form. Utfordringen er at det kan være en komplisert vei frem til teknologien kan tas i bruk på mennesker. Det er mange tester og godkjenninger som må være på plass, før vi kommer så langt, avslutter professor Yngvar Berg, som leder Institutt for mikrosystemer på HSN. 

Forskere fra Italia og USA har laget kunstige celler som både kan høre hva bakterier sier og snakke til dem.

Hva? Kan bakterier snakke? Ja, på et vis. I alle fall hvis du godtar at de snakker med kjemiske stoffer – feromoner.

De kunstige cellene kan blande seg inn i denne kjemiske praten. Og det kan trenges.

• Les mer om bakterieprat: Bakterier – gode kommunikatører

Skummel biofilm

Noen bakterier er nemlig skikkelig stygge i kjeften – i alle fall for oss mennesker. De sier til hverandre: La oss lage biofilm! Hva er så stygt med det?

Biofilmer er tynne hinner av slim. Med biofilm kan bakteriene klistre seg sammen og feste seg forskjellige steder i kroppen. På den måten kan de gjøre oss syke.

Ett skummelt eksempel er bakterien Psudomonas aeruginosa. Den klistrer seg fast i sår og lunger på svært syke pasienter og er ikke lett å knekke med antibiotika.

Forstyrret styggpraten – tok hevn

Kanskje den kan knekkes på annet vis? Hva om bakteriene ikke fikk sagt til hverandre – la oss lage biofilm? Kan forskerne hindre dem i å snakke sammen med feromoner?

De er ikke helt der ennå, men en ny studie i tidsskriftet ACS Central Science viser at de underveis – trolig. Det er nemlig skjær i sjøen – eller rettere sagt søl i cellene.

Riktignok klarte forskerne å lage kunstige celler som forstyrret styggpraten om biofilm fra P. aeruginosa.  Men P. aeruginosa  slo tilbake. Den ødela celleveggen til den kunstige cellen.

Ny type antibiotika

Likevel klarte forskerne å få de kunstige cellene til å snakke med andre typer bakterier. De både sendte og mottok beskjeder med feromoner.

I framtida kan slike kunstige celler blande seg i bakteriepraten – til glede for legene. De trenger noe nytt, nå som bakteriene blir motstandsdyktige mot antibiotika.

– Idéen om å lage en «telefonlinje» mellom kunstige celler og bakterier med kjemiske signaler er av stor verdi, skriver Irep Gözen i en e-post til forskning.no.

Hun leder Gözen-gruppen ved Norsk senter for molekylærmedisin på Universitetet i Oslo. Der eksperimenterer forskerne også med slike kunstige celler.

– Gruppen til professor Bonnie Bassler fra Princeton University forsøker for eksempel å utvikle en ny generasjon antibiotika, fortsetter hun.

De lager stoffer som – enkelt sagt – forstyrrer «telefonforbindelsen» mellom farlige bakterier, sånn at de ikke kan gjøre oss syke.

Slike nye former for antibiotika kan i framtida tilføres kroppen på en kontrollert måte med de snakkende kunstige cellene, ifølge Gözen.

Kunstig arvestoff

Kunstige celler høres både spennende og skummelt ut. Kan vi bygge celler fra bunnen av med livets legoklosser – DNA og andre molekyler – kunstige celler som lever og yngler?

Nei, vi er ikke der ennå. Riktignok klarte pioneren Craig Venter i 2010 å lage en bakteriecelle med kunstig arvestoff. Men resten av cellen var ikke kunstig. Det var hentet fra en vanlig, naturlig bakterie.

Seinere har andre forskere kommet lenger. De har også laget andre deler av cellen kunstig, men det er fortsatt mye i en celle vi ikke forstår. Det er også forskerne bak studien helt klare på.

– Vår mangelfulle forståelse av grunnleggende biokjemiske prosesser begrenser hva som kan bygges, skriver de i studien.

• Les mer: Langt fram til kunstig liv

Gözen bekrefter at der er langt fram før vi kan bygge kunstige celler fra bunnen av.

– Likevel, hvis noen av delene kan etterlignes, for eksempel ved å bruke cellelignende modeller som i denne studien, kommer vi nærmere mot å skjønne kompleksiteten i en levende celle, skriver hun.

Spesialisert pratmaker

Så hvor langt har forskerne kommet? Hva klarer de å bygge? Cellen de har laget, er ikke liv. Den kan ikke formere seg. Den er et slags minimum av hva som trenges for å gjøre den jobben forskerne vil ha den til å gjøre ­– sende og motta kjemiske beskjeder.

Men det er slett ikke verst – bare det. Dette er første gang en slik kunstig celle kan prate toveis med vanlige bakterier, ifølge studien.

– Funnene i denne studien tar tidligere forsøk et skritt videre, bekrefter Gözen, selv om andre forskere også har fått til lignende kommunikasjon.

Selvlysende rov og romantikk

Toveis kommunikasjon – sende og motta – klarte forskerne bare med en bestemt type bakterie, Vibrio fischeri.

Vibrio fischeri er en nyttig liten tass. Forskerne er ikke de eneste som har tatt den i bruk. Det har blekkspruter og fisk også.

De lokker til seg V. fischeri, som driver rundt på bøljan blå der det er varmt nok, gjerne i tropene. Inne i sjødyret får V.fischeri mat. Flere og flere samler seg. Og så begynner de å snakke sammen – med feromoner.

– Nå er vi mange nok. Nå kan vi begynne å lyse, sier de til hverandre. Og så gjør de det.

V. fischeri er nemlig selvlysende, til glede for vertsdyret sitt. Fisken eller blekkspruten bruker lyset for å lokke til seg paringspartnere eller noen å spise – eller for å skremme vekk fiender.

Kvitterer med lyssignal

De kunstige cellene kan også lyse. Forskerne laget dem slik. Hvis de lyser opp, er det et tegn på at de har fått en beskjed fra V. fischeri.

De kunstige cellene kan ikke bare høre på V. fischeri. De kan også snakke til bakterien. Mottatt beskjed ble igjen kvittert med et lyssignal.

Vet ikke hva liv er

Forskerne ville også noe mer med dette eksperimentet. De ville ikke bare få cellene til å snakke med bakterier. De ville også se hvor langt de var kommet i å skape liv.

Men – hva er egentlig liv? Det vet vi ennå ikke helt sikkert, mener forskerne. Vi vet ikke alt om hva som skjer inne i en levende celle.

Dermed kan vi heller ikke si sikkert om vi har klart å lage en levende celle eller bare noe som etterligner en levende celle.

Ekte eller bare etterligning?

Hva kunne forskerne gjøre? Svaret fikk de hos en annen gruppe forskere som strever med samme problem – de som lager kunstig intelligens.

For hva er egentlig ekte intelligens? Hva foregår oppe i hjernen? Det vet vi enda mindre om.

Forskerne kan ikke vite om de har laget intelligens som i hjernen, eller bare noe som etterligner hjernen. Derfor foreslo matematikeren Alan Turing allerede i 1950 en test som omgikk hele problemet.

Turing-testen

Turing-testen er sånn: Sett en forsøksperson i et rom. I rommet er et annet menneske og en datamaskin med kunstig intelligens, men forsøkspersonen kan ikke se hvem som er hva.

Forsøkspersonen kan sende og motta skriftlige meldinger fra begge. Hvis det er umulig å skille mellom menneske og maskin, har den kunstige intelligensen bestått Turing-testen.

• Mer om Alan Turing og Turing-testen: Alan Turing opp til prøve

Den kunstige bakterien er ikke intelligent. Likevel fant forskerne en måte å bruke testen på. De ville omgå hele problemet med å definere liv.

De sa: Hvis den kunstige cellen oppfører seg akkurat som den levende bakterien V.fischeri, bryr vi oss ikke om den bare er en etterligning. Da har den bestått Turing-testen. Den kan regnes som levende.

Livets to trinn

For å gjøre Turing-testen på den kunstige cellen måtte de gå grundigere til verks enn bare å se etter lyssignaler. De måtte åpne cellen og se hva som skjedde der inne bak den kunstige celleveggen av fettstoffer – lipider.

Her inne fant de RNA. RNA er en slags fetter til arvestoffet DNA. Jobben til RNA er å kopiere ut biter av DNA. Dette kalles transkripsjon, altså en slags avskrift.

RNA-kopien går til cellens proteinfabrikker – ribosomene. Her skjer noe som kalles translasjon – oversettelse.

RNA oversetter på en måte oppskriften fra DNA til en form som ribosomene kan bruke. Dermed vet ribosomene hva slags proteiner de skal lage for å snakke med bakteriene.

39 prosent lik V. fischeri

Så til Turing-testen. Forskerne spurte seg: Lager den kunstige cellen samme RNA som en ekte V. fischeri ville gjort i samme situasjon?

Dette kunne forskerne måle. Hvis forskjellen mellom RNA i den kunstige cellen og i V. fischeri var null, så hadde den kunstige cella og V. fischeri framstått som like. Da hadde den kunstige cellen bestått Turing-testen fullt ut. Det klarte den ikke.

Men den kom et stykke på vei. Testen viste at den kunstige cellen oppførte seg 39 prosent likt en V. fischeri.

Langt igjen – men på vei

Likevel blir det feil å si at den er 39 prosent levende, understreker forskerne. Den kunstige cellen hadde bare to gener som var laget kunstig. Resten av de over 100 genene som trenges for å kommunisere var hentet fra naturlige celler.

Vi er altså ennå langt fra å lage kunstige celler fra bunnen av som er levende – eller i alle fall virker levende ut fra Turing-testen.

Likevel – Turing-testen kan bli nyttig når forskerne går videre på veien mot å bygge den første helt kunstige livsform.

– Vi vil trolig ikke skjønne hva som trenges for å gjøre noe levende før vi kan bygge en levende celle fra sine enkelte deler, skriver de i studien i tidsskriftet ACS Central Science.

Referanse:

Roberta Lentini m.fl: Two-Way Chemical Communication between Artificial and Natural Cells, ACS Central Science, 25.1.2017, DOI: 10.1021/acscentsci.6b00330.

Halvparten går tapt i spillvarme

Vel halvparten av all energien som brukes i verden i dag, går tapt i spillvarme, forteller professor Johan Taftø på Fysisk institutt ved Universitetet i Oslo.

Sammen med en rekke forskere på Senter for materialvitenskap og nanoteknologi (SMN) ved UiO utvikler han nye, miljøvennlige materialer som kan gjenvinne den tapte spillvarmen til strøm.

– Vi utnytter temperaturforskjellen mellom den kalde og den varme siden i materialet. Her er det store muligheter til å hente ut energi som ellers vil gå tapt, forteller førsteamanuensis Anette Gunnæs på SMN.

Jo større temperaturforskjell i materialet, desto mer strøm vil det være mulig å fange opp.

– Mange mener det er mulig å hente ut strøm fra fire til fem prosent av spillvarmen, men vi sikter enda høyere, forteller stipendiat Henrik Riis på SMN.

• Les også: Nytt stoff samler vann og spytter damp når det blir vått nok

Telys og isklump driver lekebil

For å vise hvordan termoelektriske materialer fungerer, demonstrerer Henrik Riis, sammen med postdoktor Matthias Schrade, hvordan en liten, motorisert lekebil henter energien sin fra telys og en isklump.

Mellom telyset og isklumpen har de to forskerne plassert et termoelektrisk materiale med samme form som et bankkort. Telyset varmer det opp nedenifra. Isklumpen kjøler det ned ovenifra. Da dannes det strøm til bilen.

– Vi prøvde en gang å erstatte isklumpen med flytende nitrogen. Da raste bilen av gårde i stor hastighet, ler Matthias Schrade.

Se youtube-video om bilen som drives av telys og isklump:

Omvendt av kjøleskap

Prinsippet for å hente ut strøm fra termoelektriske materialer, er motsatt av teknikken i et kjøleskap.

– Termoelektriske materialer kan brukes over-alt der det er temperaturforskjeller. Dette er allerede kjent teknologi i kjøleskap. Ved å sende inn strøm blir det kaldere på innsiden og varmere på utsiden. Vi snur dette systemet. Vi ønsker med andre ord å lage det omvendte av et kjøleskap og hente ut strømmen, forteller Anette Gunnæs.

• Les også: Bli med på verdensomspennende kvantefysisk eksperiment

Stor interesse 

Mange ønsker den nye teknologien.

– Ett eksempel er industrien. Elkem, Hydro og Yara er interessert i å gjenvinne spillvarmen, forteller professor Truls Norby på SMN.

Felles for disse industrigigantene er de svært energikrevende produksjonene deres, med høye temperaturer og mye restvarme. Et eksempel er den kraftkrevende produksjonen av aluminium, der smelteovnene varmes opp til 800 grader. Bare kråkene får glede av denne spillvarmen i dag.

En annen mulighet er å bruke teknologien i biler og skip. I dag forsvinner mye av varmen ut av eksosrøret og skorsteinen.

• Les også: Gir ikke opp mørk materie

Grønn energi

Ideen med termoelektriske materialer er ikke ny. Det nye er å kunne lage dem mer miljøvennlige.

– Det finnes mange ulike materialtyper. Dagens beste termoelektriske materialer er giftige og dyre. Noen av dem lages av stoffer som det finnes svært lite av på Jorda. Vi ønsker å lage dem billige og miljøvennlige – og vi skal bruke vanlige grunnstoffer, poengterer Truls Norby.

Det er dessverre ikke mulig å lage et materiale som kan brukes til alle mulige formål.

– Ulike materialer fungerer best innen bestemte temperaturdifferanser. Noen materialer tåler ikke høye temperaturer. Vi har muligens funnet et materiale som egner seg til temperaturer opp til noen hundre grader, forteller Matthias Schrade.

• Les også: Fant ikke mørk materie

Tilsynelatende selvmotsigelse

For å lage materialene må fysikerne løse noe som kanskje høres ut som en selvmotsigelse.

– Vi må ha høy elektrisk ledningsevne, slik at materialet lett kan lede strøm. Samtidig må den termiske ledningsevnen være så liten som mulig, slik at temperaturforskjellen opprettholdes. Jo høyere temperaturforskjell, desto bedre blir energiutnyttelsen.

Det betyr at de må lage materialer som hindrer varmen i å spre seg, samtidig som den elektriske ledningsevnen skal være stor.

– Dette handler om et kompromiss. Her leter vi etter ‘den hellige gral’, forteller Henrik Riis.

Materialet må være en halvleder. Dette er materialer med helt spesielle, elektriske egenskaper. Til sammenligning leder metaller både strøm og varme, mens isolatorer verken leder strøm eller varme. En halvleder er noe midt imellom.

• Les også: Nanorør tiltrekker seg forurensende stoffer

Hindrer at varmen sprer seg

Et av de store spørsmålene er hvordan forskerne skal klare å lage et materiale som ikke leder varme, samtidig som det skal kunne transportere strøm.

Jo varmere atomene blir, desto mer vibrerer de. Vibrasjonene påvirker naboatomene. Da vil også naboatomene vibrere – og dermed bli varmere.

Løsningen er å legge inn atomer som vibrerer med andre frekvenser enn naboatomene. Da ledes ikke varmen like lett.

– Poenget er å lage uorden i nanoskala. Vi skal derfor legge inn små korn i materialene som demper vibreringen på naboatomene. Når det er uorden i atomene, kommer ikke vibrasjonene videre. Da hindres varmen i å spre seg, forteller Johan Taftø.

Atombarrieren må dessuten lages slik at elektronstrømmen ikke blir hindret. På den varme siden beveger elektronene seg raskere enn på den kalde siden. Da vil elektronene bevege seg over til den kalde siden.

– Når temperaturen er høy, øker bevegelsen og hastigheten til elektronene. Når elektronene får høy hastighet, dyttes de av gårde. Du kan sammenligne dette med en urettferdig konkurranse der et landslag på den varme siden og et amatørlag på den kalde siden konkurrerer om å slenge flest elektroner til den andre siden. Landslaget er best på å kaste dem lengst. Derfor vinner de, forteller Johan Taftø.

• Les også: Derfor er vann selve løsningen for livet

Inspirert av tysk fysiker

Forskerne jobber med materialer inspirert av halv-heusler-materialer, oppkalt etter den tyske fysikeren Friedrich Heusler.

– Ut ifra hva som er blitt publisert tidligere, trodde vi at strukturene til materialene var enkle, men vi har nå oppdaget at de er langt mer komplekse i nanometerskala, påpeker Anette Gunnæs.

Halvheusler er krystalliske materialer som består av tre like store mengder ulike grunnstoffer.

– Disse materialene er ikke bra nok som de er. For å få gode termoelektriske egenskaper, må vi bytte ut noen av elementene. En måte å gjøre dette på, er å kombinere titan, tinn og nikkel. Andre muligheter er å erstatte titan med zirkonium eller hafnium. Eller erstatte tinn med antimon eller kobolt med nikkel. Det er riktignok mulig å finne enda mer effektive materialer, men vi ønsker å bruke materialer som det finnes mye av i naturen, som er billige og som dessuten ikke er giftige, forteller Johan Taftø.

• Les også: Hva ville skjedd hvis jorden roterte i motsatt retning?

Millionmikroskop

For å kunne studere mikrostrukturene og se hvordan atomene er organisert, må forskerne ty til noe som kalles for et transmisjonselektronmikroskop (TEM). Her er det mulig å få en forstørrelse på flere millioner ganger. Da kan forskerne se kolonner med enkeltatomer.

TME har visse likheter med vanlige mikroskop. Den store forskjellen er at TME bruker elektronstråler i stedet for vanlig lys.

– Ettersom elektroner har kortere bølgelengder enn vanlig lys, kan vi se detaljene langt bedre, forteller Anette Gunnæs.

Ved å måle hvordan elektronene har passert materialet, hvordan energien har mistet energien sin på veien og hvordan energien omdannes til røntgenstråler, får forskerne vite mer om de enkelte atomene og hvilke grunnstoffer de består av.

For tre år siden fikk Senter for materialvitenskap og nanoteknologi to nye elektronmikroskop. Det ene er tidenes mest moderne elektronmikroskop.

– Her kan vi få detaljert informasjon om elektronstrukturen til stoffer, sier Anette Gunnæs.

Mikroskopet, som kostet 20 millioner kroner og er spesiallaget i Nederland, står fjellstøtt på betong i et spesiallaget rom til ni millioner kroner.

– Den minste rystelse påvirker mikroskop- undersøkelsen. For å hindre magnetiske forstyrrelser fra T-banen og andre steder, har vi lagt inn magnetisk kompensasjon i rommet. Temperaturen må også være jevn. Veggene er derfor tempererte med vannpaneler, forteller førsteamanuensis Øystein Prytz på SMN.

Det andre elektronmikroskopet kostet åtte millioner kroner. Det er spesielt egnet til å studere krystallstrukturer.

De to elektronmikroskopene har hver sine styrker og svakheter. For å studere termiske materialer må forskerne bruke begge to.

• Les også: Verdens tyngste grunnstoff bekreftet

Slalåm mellom varmt og kaldt

Når forskerne har funnet et perfekt materiale som skaper spenning fra det varme til det kalde området, er de likevel bare halvveis. Det er bare mulig å skape en spenning på 0,2 millivolt per grad temperaturforskjell. Med en temperaturforskjell på hundre grader kan spenningen bli 20 millivolt. Til sammenligning er det 220 volt i stikk-kontakten din.

For å øke spenningen skal forskerne plassere en mengde termoelektriske, små brikker tett i tett, som en rad med dominobrikker, mellom den varme og den kalde delen.

De skal så sørge for at strømmen går gjennom alle de termoelektriske brikkene, annenhver gang fra varm til kald del og annenhver gang fra kald til varm del.

For hver gang strømmen passerer en brikke, kan spenningen økes med 20 millivolt.

Desto flere sløyfer strømmen går igjennom, desto høyere blir spenningen.

Og det er nå Apollon kommer til nok et poeng. Materialet som genererer den økte spenningen fra den varme til den kalde delen, er annerledes enn det som genererer den økte spenningen fra den kalde til den varme delen.

Forskerne må derfor lete etter to ulike materialer. Ett som går fra varmt til kaldt område og et annet som går fra kaldt til varmt.

– Disse to materialene må lages slik at de utvider seg likt ved samme temperaturforskjell. Det betyr at varmeekspansjonen må være den samme. Ellers sprekker hele systemet, forteller Henrik Riis.

• Les også: Arven etter Einstein

Varmepumper

Professor Vidar Hansen fra Universitetet i Stavanger samarbeider med forskerne på SMN for å bruke termoelektriske materialer til å lage varmepumper uten vifter og andre bevegelige deler. Her skal det sendes inn strøm for å øke temperaturforskjellene.

– Vi jobber nå med å få størst mulig effektivitet i disse varmepumpene, forteller Vidar Hansen.

Artikkelen ble først publisert i Apollon.

– Angela Merkel står fram for meg som en super-rollemodell, også fordi hun ikke er en sånn gøyal politiker som henger i trærne og flirer, sier Kristin Vinje.

Forbildet til tross – Vinje er en livligere og mer ungdommelig variant av Angela Merkel. Jeg møter henne en formiddag på arbeidsplassen hennes – Stortinget.

– Merkel er veldig nøktern. Egentlig veldig kjedelig, men dønn seriøs. Du stoler hundre prosent på henne, og så blir hun valgt. Det gjør meg utrolig glad og optimistisk, faktisk, å se at en sånn politiker vinner frem. Det er veldig flott, fortsetter Vinje.

• Angela Merkel er fortsatt opptatt av naturvitenskap – les om da hun åpnet en ny fusjonsreaktor i Tyskland: Angela Merkel skrudde på dunder-smultring

Ensom realist

Hun viser meg rundt i Stortingssalen. Stiller for fotografering på talerstolen foran maleriet av grunnlovsforsamlingen på Eidsvoll. En kvinne foran bare menn på lerretet.

Den skjevheten er rettet opp. Stortingssalen huser mange kvinner, to hundre år etter at blekket tørket i grunnlovsboka.

Men salen har bare én med realfagsutdanning på doktorgradnivå – Kristin Vinje.

Olje, gass og plast

Som Merkel er hun kjemiker. Med doktorgrad fra NTNU gikk yrkesveien videre til postdoc på Universitetet i Oslo og forsker i petrokjemi ved Georgia Tech i USA.

Tilbake i Norge arbeidet hun med olje og gass og materialteknologi på SINTEF i Oslo.

– Jeg jobbet tett med industrien for å utvikle materialer til plast- og gummiindustrien i Norge. Jeg jobbet også for eksempel med liming av forskjellige ting, altså det å få til god heft mellom materialer, forklarer Vinje.

Den faglige løpebanen til Kristin Vinje lignet den til mange andre sivilingeniører – så langt. Men så svingte hun ut på rullebanen – og tok av.

Politisk kjemi

Hun ble gruppeleder på SINTEF, kom inn i styrer i Forskningsrådet, fikk jobb i Nærings- og handelsdepartementet, ble viseadministrerende direktør i IT-forskningssenteret Simula og kom inn i Oslo bystyre for Høyre.

Så – i 2009 – ble petrokjemikeren håndplukket av påtroppende byrådsleder Stian Berger Røsland til jobben som finansbyråd i Oslo. Finansbyråd?

– Jeg ble veldig overrasket, og jeg husker at jeg sa til ham – du vet at jeg er kjemiker, Stian. Og han sa: Jeg vet det, Kristin, jeg vet hva slags CV du har.

Nabo med Gahr Støre

Kveldsjobben i bystyret og fire år som finansbyråd dreiet karrierekursen over fra byråkrati og administrasjon mot politikk.

Vinje gikk inn i kampen om nominasjon til Stortinget, og ble valgt inn for Oslo i 2013. Til høsten må hun igjen kjempe for å beholde plassen.

Hun viser meg taburetten sin også. Den ligner litt på en gammeldags skolepult. På nabopulten sitter Jonas Gahr Støre. Kaster de viskelærkuler på hverandre, tro?

– Vi er politisk uenige, men vel forlikte, forsikrer Vinje. Begge er da også akademikere, selv om statsviteren Støre har en mye mer typisk fagbakgrunn som rikspolitiker enn petrokjemikeren Vinje.

Tenker forskjellig

– Har den faglige bakgrunnen vært til nytte for deg?

– I Nærings- og handelsdepartementet var det jo veldig få med naturvitenskapelig bakgrunn. Å møte alle juristene og økonomene og samfunnsviterne var utfordrende, selvfølgelig, men også veldig spennende.

– Hadde du en annen innfallsvinkel enn dem?

– Jeg tror i hvert fall vi tenkte litt forskjellig.

Tro på forandring

– På hvilken måte?

– Det er vanskelig å sette ord på det, men jeg merker jo at jeg kommer fra en annen kultur. Det er mange som har sagt at hvis du bare skulle brukt økonomer, så hadde du aldri fått bygget Bergensbanen, for eksempel.

• En ukjent ingeniørhelt fra NTH var med på å bygge blant annet Flåmsbana og Den transsibirske jernbanen. Les mer: Mannen som bygget verdens veier

– Det er noe med en litt mer teknologioptimistisk, offensiv måte å tenke på og en tro på forandring. Du kan ikke alltid regne ut alt du bør gjøre, selv om jeg også selvfølgelig er opptatt av at man skal ha kontroll på økonomien og regne på samfunnsnytten.

Modeller som faktisk virker

– Men – jeg tok faktisk et kurs i sosialøkonomi i departementet, fordi jeg så ofte ble overkjørt av sosialøkonomene. Og min erfaring var jo da at – nå skal jeg ikke si noe stygt om sosialøkonomer, men de har jo sine modeller, og alle modeller har sine begrensninger.

– Du kan jo putte inn akkurat de konstantene du vil og det du ønsker i sånne modeller, ikke sant, så du forutsetter hele tiden. I naturvitenskapen er vi kanskje litt mer ydmyke overfor hvordan verden faktisk fungerer.

– Vi har jo den fordelen at vi kan teste om modellen faktisk virker. Ikke sant, du regner ut at hjulet skal gå sånn og sånn, men så ser du at det gjør det faktisk ikke. Da er det muligens noe feil med modellen, da!

– Ja, og hvis du lager et fly som detter ned, så kan du ikke skylde på …

– Nei, ikke sant. Det kan jo ikke samfunnsvitere og økonomer i samme grad, fordi det er mye mer komplekst å teste modellene.

Tillit i forskningsmiljøene

– Her på Stortinget, har den naturvitenskapelige bakgrunnen betydd noe for hva du har gjort her, hvilke saker du har tatt opp?

– Ja, absolutt. Jeg er jo nå fraksjonsleder i Kirke, utdannings- og forskningskomitéen. Jeg kjenner jo forskningsmiljøene og universitets- og høyskolemiljøene i Norge godt.

– Jeg tror jeg har stor tillit i forskningsmiljøene fordi jeg har den erfaringen jeg har. Jeg har en doktorgrad og har vært ute i næringslivet og universitetene.

– Og kanskje spesielt i realfagmiljøene?

– Ja, og det er jo noe vi prioriterer i skolepolitikken, allerede fra barnehage og oppover. Jeg brenner jo for realfag og forskning.

• Les mer: - Begynn med forskning i barnehagen

Kan ikke bare skru igjen oljekranene

0 Og Norge skal bli en høyteknologinasjon. Som NITO-leder Steinar Sørlie samstemte i: Ingeniørene bygget Norge, men nå må vi bygge det om – i grønn retning. Jeg vet ikke hva du synes om det?

– Det er spennende, absolutt …

– Du er jo petroleumsingeniør, men hvordan ser du på petroleumsindustrien og det å skru utviklingen i grønn retning?

– Vi må helt klart ha flere ben å stå på, og derfor er vi dønn avhengig av å ha teknologer som evner å se nye bransjer.

– Men jeg synes det er fortvilende mange som tror vi bare kan skru igjen oljekranene og leve videre av vindmøller og grønn energi. For det kan vi ikke.

Helseteknologi

– Men hvilke andre økonomiske og teknologiske bein er det Norge kan stå på?

– Helsenæring og medisinsk teknologi! Eldrebølgen kommer. Matematikk og simuleringer kan brukes til å finne nye behandlingsformer og medisiner og nye måter å jobbe på i det offentlige helsevesenet.

• Les mer: Kunstig intelligens oppdager Alzheimer

– Vi bruker masse penger på å forske bredt på helse i Norge, se for eksempel på rapporten Verdiskaping i helsenæringen som i fjor ble utgitt av Menon Economics.

– Vi har flere verdensledende forskningsmiljøer innenfor for eksempel immunterapi. Vi har Oslo Cancer Cluster og forskningsmiljøer innenfor medisin som jeg tror har et kjempepotensial.

Fra oljerør til blodårer i hjernen

– Som vi også kan eksportere til andre land?

– Som vi kan eksportere, ja. Det å bruke matematikk for eksempel i anvendelse av medisin, altså simulering, er jo noe også min gamle arbeidsplass Simula-senteret forsker på.

– Jeg kjenner folk på Simula som var med på å utvikle teknologien som kan sende vann og olje gjennom samme rørledning i Nordsjøen.

– Simula-senteret bruker nå de samme modellene til å simulere blodstrømmer i hjernen.  De bruker kompetansen fra oljeaktiviteten på 1980-tallet til medisin nå.

Naturvitenskapelig realisme

– Tror du at det er lettere for deg å se sånne muligheter innenfor framtidsteknologi enn det er for kolleger av deg her på Stortinget uten naturvitenskapelig bakgrunn?

– Det er jo forskjellig fra person til person. Noen er visjonære, og noen er mer opptatt av å kontrollere enn å ha visjoner.

– Og noen kan jo være veldig visjonære uten å ha den faglige bakgrunnen og løper med begge beina i lufta …

– Ja, så det er helt personavhengig. Men det å kjenne muligheter og begrensninger ut fra naturvitenskapelig tenkning preger meg, da. Det tror jeg.

Må våkne opp

– Har du noen tanker om hvorfor det er så få ingeniører og realfagsfolk i politikken – i alle fall på nasjonalt nivå?

– Jeg opplever kanskje at – for eksempel samfunnsvitere i utgangspunktet er interessert i samfunnet rundt seg, mens ingeniører og naturvitere oftere kanskje mer interessert i å gjøre fagjobben sin.

– Så de er – for å si det stygt – litt for mye fagidioter?

– Ja. De må våkne opp og delta i samfunnsdebatten. De har en viktig stemme.

• Er ingeniører for stillferdige og beskjedne? Les: Ingeniørenes hemmelige superhelter

– Naturvitere og teknologer mangler kanskje ofte dette metaperspektivet på sin egen rolle i samfunnet? De bare finner opp hjulet uten å se hvor det ruller? Det kan vel være litt skummelt?

– Jeg vil i alle fall oppfordre folk med naturvitenskap og teknologi til å engasjere seg. Det er veldig viktig.

Revolusjonerer spillereglene

– For ingeniørene og naturviterne gir oss jo nettopp den teknologiske utviklingen som kan revolusjonere spillereglene i samfunnet?

– Ja, absolutt. Dette brenner jeg for. Der har jeg en viktig oppgave, tenker jeg.

– Jeg tenker tilbake til en artikkel i New York Times i 1894, da avisen spådde at om 50 år ville gatene være dekket av et nesten tre meter tykt lag av …

– Hestelort! Men det skjedde ikke, vet du. For så kom automobilen.

Den slemme ingeniøren

– Og så kom det 19. århundre med eksplosjonsmotoren og petrokjemi og en eksplosiv teknologisk utvikling. Og så kom superhelten ingeniør Knut Berg. Men så mistet ingeniøren sin helteglorie.

– Ja, da jeg gikk på skolen på 1970-tallet var det mye negativt om industri og forurensning …

– Ingeniøren ødela verden med sine maskiner og sin røyk …

– Ja, og det provoserte meg, for faren min er også sivilingeniør og har jobbet i industrien i alle år. Jeg vokste opp i Moss hvor det lukta cellulose, og det var noe positivt, ikke sant.

– Jeg har alltid vært glad i industri og teknologi og sett på det som oppbyggelig, men på 1970-tallet ble vi liksom fôret med alt det negative.

– Vi hadde også en generasjon som snakket ned matematikken. Det var ikke så viktig å kunne den, liksom.

Nerd ikke lenger skjellsord

– Ser du tegn til at ingeniører får et mer positivt selvbilde, eller ses de fortsatt på som litt nerdete?

– Jeg opplever egentlig at det er litt mer in å være flink i realfag nå.

– Nerd er ikke lenger et skjellsord?

– Nei, og det er veldig viktig at vi støtter opp om den utviklingen. Konkurranser og kjemi-OL og sånt –der må vi premiere mer.

• Les mer: Strålende resultater i Fysikk-OL

Ikke sultne nok

– Du er jo teknolog og kvinne. Blir det flere jenter med interesse for realfag og teknologi?

– Det er dessverre sånn at i vårt veldig likestilte land er det et mer kjønnsdelt arbeidsmarked enn i mange andre land. Det er et paradoks, egentlig.

– Hva tror du det kommer av?

– Det kommer kanskje av at vi har det så godt her. Vi ikke er sultne nok. Indiske kvinner, for eksempel, kaster seg på teknologi for å komme seg opp i næringskjeden.

• Les også: Fordommer mot kvinner i realfag

«Kjedelig, men dyktig»

– Hva kan gjøres?

– Jeg tror det er viktig å ha forbilder, å løfte frem kvinnelige forbilder – som for eksempel Angela Merkel.

– En med solid faglig bakgrunn som kanskje virker litt kjedelig, men som har de gode argumentene?

– Jeg fikk jo også en sånn karakteristikk da jeg var finansbyråd i Oslo. En avis laget terningkast for byrådene.

– Jeg husker ikke hvilket terningkast jeg fikk, men jeg fikk i alle fall karakteristikken «kjedelig, men dyktig». Og da tenkte jeg – det kan jeg faktisk leve med. Jeg trenger ikke å være så gøyal, liksom.

– Nei, ingeniører er kanskje ikke så veldig gøyale, som regel?

– Nei …

– Men de lager fly og ting som blir veldig gøyale?

– Ja, ikke sant.