sponsoreret

Mød to forskere, der nærmer sig morgendagens gennembrud

Af - 17. september 2021

Tejs Vegge fra DTU er i gang med at udvikle morgendagens batterier.

Få Science Reports nyhedsbrev
Tilmeld dig gratis

Det er nu mere end 200 år siden, at H.C. Ørsted opdagede elektromagnetismen og dermed blev en del af en stærk tradition for, at dansk forskning er med på frontlinjerne i opdagelsen af de største videnskabelige gennembrud.

Ørsteds revolutionerende fund lagde fundamentet for hele den måde, vi bruger elektricitet på i dag, og den var samtidig central i opfindelsen af elektrisk lys og strømgeneratorer.

Og lige så stor betydning kan Niels Bohr siges at have haft. I 1913 blev han den første i verden til at lave en model over atomet, og selvom hans model siden har vist sig at være unøjagtig, skabte den helt ny og revolutionerende viden om, hvordan atomer fungerer, og dermed om hvordan alt er opbygget.

Bohrs model er den direkte årsag til opdagelsen af kvantemekanik, som beskriver atomer og elektroners opførsel. Det sæt regler er ifølge Københavns Experimentarium grundlaget for al elektronik og for fysikernes forståelse af hele universets opbygning.

Fremtidens gennembrud

Nutidige forskere i Danmark har altså noget at leve op til med arven fra Ørsted, Bohr og andre banebrydende forskere som Tycho Brahe, Inge Lehmann, August Krogh og mange andre, der har været helt med fremme, når ny viden har set dagens lys og fundamentalt ændret den måde, vi lever vores liv på.

Og selvom det for lægmænd- og kvinder kan virke som om, alle universets grundlæggende spørgsmål er besvaret, så fortsætter forskerne med at skubbe til grænserne for det mulige og skabe den viden, der skal føre os videre ind i det 21., 22. og 23. århundrede og formentlig også være med til at sikre, at vi kommer godt i mål med den grønne omstilling.

Det sker ikke mindst i Danmark, hvor førende forskere har gang i projekter, som kan stå over for gennembrud, der ville gøre fortidens giganter stolt. Her kan du møde to af dem.

Tejs Vegge, professor og sektionsleder på DTU Energi

Forskningsområde: Batterier

Tejs Vegges vildeste citat: – Vi arbejder for eksempel på et batteri til at lagre vindmøllestrøm baseret udelukkende på materialer, vi kan dyrke i baghaven. Det kan være et batteri baseret på rabarber eller æbler.

Mål: Gøre batterier bedre, billigere, mere holdbare og hurtigere at udvikle

Hvad det kan betyde for dig? Det kan skabe mobiltelefoner, der skal oplades sjældent og stadig fungerer i ekstrem kulde eller varme. Det kan betyde elbiler med 15 års garanti med et batteri, der lader op på få minutter. Det kan betyde en dramatisk prissænkning på alle produkter med genopladelige batterier, da de ikke længere fremstilles med dyre metaller.

Hvad det kan betyde for samfundet? Det kan sætte turbo på den grønne omstilling, da billigere og mere langtidsholdbare batterier vil gøre det langt mere attraktivt at købe elbiler og på anden vis bruge elektricitet frem for fossile brændstoffer. Batterier med færre dyre metaller vil desuden mindske belastningen på miljøet. Desuden kan det blive et kæmpe eksporteventyr for Danmark.

Tejs Vegge leder et op til tiårigt projekt med EU-støtte kaldet BIG-MAP, hvor flere end 100 forskere fra 34 partnere og et budget på 50 millioner kroner årligt arbejder på at lave en materiale accelerations-platform og modeller for, hvordan man kan genopfinde måden, vi fremstiller batterier  på. Det vigtigste mål for projektet er, at det skal gøres langt hurtigere at nå fra idé til produkt. 

– Hvis vi tager litium-ion-batteriet, så opstod ideen til det i 1972, og batteriet var klart i 1991. Det er fundamentalt set det samme produkt, vi bruger i dag. Den proces skal vi kunne skære ned til maksimalt 3 til 5 år, siger han. 

Tejs Vegge og hans team vil altså udvikle batterier, der kan holde længere, lades op hurtigere og være mere holdbare. Og nå ja, også meget billigere. Og så skal de i øvrigt udvikles på en tiendedel af den tid, det tog at lave litium ion-batteriet. Det kan virke modstridende og overambitiøst at gøre alle disse ting på én gang. Men tværtimod, siger Tejs Vegge – det ene fører nemlig til det andet.

– Omkostningerne bliver netop alt for høje, når det tager så lang tid, fastslår han.

Et af de vigtigste værktøjer til at nå i mål med ambitionerne er kunstig intelligens. Den vil tillade,  at man kan gå væk fra trial-and-error princippet, hvor man udvikler en mere eller mindre tilfældig løsning og så tester, om den fungerer. Modellerne fra Tejs Vegges projekt vil i stedet kunne inddrage langt mere data og flere variabler og identificere den bedst mulige løsning. 

– Det vigtigste er, at uanset om man vil lave billigere eller bedre batterier, kan man lave dem hurtigere. At man kan reducere tiden fra problem, til man har det rigtige materiale. Vi skal udvikle  modeller, der kan se frem i tid og rum og så spole tilbage. Vi kalder det inverse design – du designer materialerne specifikt til dit problem i stedet for at prøve dig frem, siger Tejs Vegge.

Han vil ikke spekulere i, hvor tæt vi er på et reelt gennembrud på det her område, som vil føre til billigere og bedre batterier udviklet på rekordtid. Men forskerne ved godt, at omstændighederne lægger et stort tidspres på deres skuldre.

– Den almindelige tidshorisont, vi har haft på at udvikle nye teknologier, dur ikke længere. Det er for langsom en proces i forhold til den tidsskala, vi står over for i den grønne omstilling, fastslår Tejs Vegge.

Jan Westenkær Thomsen, leder af Niels Bohr Institutet

Forskningsområde: Kvantecomputere

Jan Westenkær Thomsens vildeste citat: ”En helt normal kvantecomputer kan få verdens stærkeste supercomputer til at ligne en kugleramme.”

Mål: At bygge en fuldt implementeret kvantecomputer på mindst 2000 qubits

Hvad det kan betyde for dig? Perspektiverne i at udvikle langt stærkere computere er nærmest endeløse. Mere effektiv udvikling, produktion og transport vil gøre stort set alle produkter billigere. Der kan udvikles nye og bedre typer medicin. Nye typer kryptering vil gøre hacking umuligt. Og så videre i en uendelighed.

Hvad det kan betyde for samfundet? I første omgang vil det give et stort boost til den grønne omstilling, da energinettet vil kunne drives langt mere effektivt. Senere hen kan man lave optimeringer på stort set alle områder.

Jan Westenkær Thomsen leder Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet, hvor han blandt andet har ansat den amerikanske forsker Charles Marcus, som anses for at være en af verdens førende forskere inden for netop kvantemekanikken og udviklingen af kvantecomputere. For nylig valgte USA’s udenrigsminister, Anthony Blinken, at bruge en del af sin sparsomme tid under et besøg i Danmark på at mødes med netop Charles Marcus, fordi hans forskning er af stor interesse for den amerikanske regering.

– Vi står over for en kæmpe revolution, intet mindre. De klassiske computere, vi har i dag, er ved at nå deres ende i den forstand, at vi ikke kan udnytte den teknologi meget mere. Så vi er nødt til at skifte spor og revolutionere den måde, vi tænker og regner på, siger Jan Westenkær Thomsen.

Centralt i den ”computerrevolution” er qubits. Det er kvantecomputerens udgave af de bits, der udgør rygraden i en normal computer. Men hvor bits kun kan producere enten 0 eller 1, så kan qubits være både tændte og slukkede på én gang. De kan være vandrette og lodrette samtidig. De kan bevæge sig opad og nedad i samme bevægelse. På den måde udfordrer kvantemekanikken hele den måde, vi tænker logik på.

– Her har vi pludselig et element, der er helt anderedes end det, man normalt arbejder med. Vi kan bygge kvantetransistorer, som på grund af qubits kan arbejde sammen på en helt anden måde. Det kan accelerere de beregninger, computeren skal lave, til helt uanede højder, fortæller Jan Westenkær Thomsen.

En fuldt implementeret kvantecomputer vil derfor have en så stor effekt på samfundet, at det næsten kun er fantasien, der sætter grænser. Jan Westenkær Thomsen nævner som eksempler, at områder som transport, medicin, energi og informationssikkerhed vil blive påvirket massivt af teknologien, fordi kvantecomputeren vil kunne lave nogle beregninger, vi slet ikke kan drømme om i dag.

– Det er arven fra Niels Bohr, vi løfter her. Vi udnytter en gren af fysikken til at facilitere teknologiske fremskridt i samfundet, siger institutlederen.

Der er for samfundet også store økonomiske perspektiver i kvantecomputeren, understreger Jan Westenkær Thomsen. Den danske forskning er førende på området, og han mener, at man allerede inden for 3-5 år kan begynde at bruge kvantecomputeren til optimeringsopgaver. Mens den fuldt implementerede kvantecomputer med mindst 2000 qubits ligger 5-7 år ude i fremtiden. Er Danmark med i front på de opdagelser, kan det blive det næste store eksporteventyr, understreger han.

– Det her vil få en kæmpe impact på den grønne omstilling, fordi det kan hjælpe os til at spare utroligt meget energi. Vi oplever en enorm interesse på de løsninger lige nu, så det her kan blive store penge i lommen på den danske stat. Men vi skal være ambitiøse og have udviklet en national strategi for det. For ellers løber andre lande med det, siger institutlederen

– Det her er et rumkapløb. Ingen gider være nummer to. Vi skal se på, om det ikke er på tide, vi tager et kvantespring, tilføjer han.

Tags:

Science Report