Miljarder till material

Wallenbergstiftelsen gör den största satsningen hittills på naturvetenskaplig forskning. 25 internationella forskargrupper ska rekryteras till svenska universitet. Mötesplatser och industridoktorander kopplar in företagen. Syftet är att ta fram material som kan minska miljö- och klimatavtrycket.

Johanna Rosén är prisbelönt forskare och professor i materialfysik vid Linköpings universitet. Hennes forskning handlar om tunna tvådimensionella material som kan skräddarsys för att få önskade egenskaper, till exempel för energilagring. 

Skräddarsyr hållbart på atomnivå

Johanna Rosén är professor i materialfysik vid Linköpings universitet. Hennes forskning handlar om extremt tunna, tvådimensionella material som skräddarsys för att få önskade egenskaper. Linköpings universitet är ett av sex universitet som ingår i Wise (Wallenberg Initiative Material Science for Sustainability) som den stora satsningen på materialforskning heter. Det betyder bland annat att universitetet kan söka pengar till forskningsprojekt och kommer att kunna anställa en del av forskarna som ska rekryteras till programmet.

Johanna Rosén har varit med och skrivit underlaget till Wallenbergstiftelsen som ligger till grund för satsningen.

– Som forskare i materialvetenskap kan jag tycka att jag har ansvar för att göra något för hållbarhet. Nu kan vi göra det – fast ännu bättre. Det är bråttom och en sådan här stor satsning ger ett lyft för forskningen. Vi kan öka takten och ha ett gediget fokus på hållbarhet, säger hon.

De material hon forskar på kallas maxener, och liknar det Nobelprisbelönade materialet grafen. Men medan grafen består av ett lager kolatomer, består maxener av tre atomlager. Det är ofta ett lager kolatomer, precis som grafen, täckt av ett lager atomer av en metall på bägge sidor.

– Vi kan lägga till lite av ett ämne som exempelvis har bra katalysatoregenskaper och kan till och med få flera nya egenskaper i ett material beroende på hur vi skräddarsyr ytan. Kontroll är nyckelordet, berättar Johanna Rosén.
Gruppens labb är inrymt i ett enda stort rum, där forskarna gör allt från produktion till tester. När Johanna Rosén visar hur de framställer materialet ser det väldigt enkelt ut. Det som behövs är några skedar av de ämnen som ska ingå, en bit folie att lägga det på, en ugn, en stark syra som extraherar bort ämnen man inte vill ha kvar på slutet, samt ett filter där resultatet samlas upp – en tunn film som forskarna sedan testar för olika egenskaper.

Den första maxenen togs fram för ett tiotal år sedan. I dag finns runt 50 varianter, varav många har utvecklats vid Linköpings universitet. Forskningsfältet växer snabbt.

– Men vad kommer sen? Det är huvudfokus för vårt arbete. Vi vill öppna den skattkistan och hitta nya material, säger Johanna Rosén.

Forskarna bygger först modeller av materialen i en dator och testar dem virtuellt. Därefter skapas det i labbet och testas där.

– Vi har lyckats kombinera teori och experiment på ett bra sätt och går väldigt sällan ner i labbet och bara testar. Vi har ofta en hypotes redan innan vi gör experiment eftersom vi har gjort simuleringar och har på så sätt kunnat upptäcka nya material med nya egenskaper på kort tid.

Arbetet handlar om grundforskning, men enligt Johanna Rosén måste man ha ”applikationer i bakhuvudet”. Material måste vara möjliga att tillverka i större skala än i labbet.

– Mycket av de resultat som publiceras i dag handlar om material som produceras i labb i milligram eller gramstorlek. Ska materialet användas i en elektrod för ett batteri eller fånga in koldioxid behöver vi megaton av det. En hel del material kan vara svåra att producera i större skala, säger hon.

Att hon själv kom in på materialforskning var en tillfällighet. Hon läste fysik med inriktning mot teoretisk fysik på Linköpings universitet och fick möjlighet att testa att doktorera.

– På den vägen är det. Det var en slump av att jag träffade en entusiasmerande lärare inom området. Jag hade kunnat hamna någon annanstans och tyckt att det varit jätteroligt också.

År 2007 utlyste Linköpings universitet en särskild sorts tjänster för unga forskare. I tjänsten ingick lön och en doktorand. Johanna Rosén hade då arbetat utomlands i flera år men sökte och fick en sådan tjänst och flyttade hem till Sverige.

– Vi var fyra personer som fick en sådan tjänst, vi fick pengar, ledarskapsutbildning, mentorer. Det är jättevärdefullt när man ska starta en egen grupp.

Wallenbergsatsningen innehåller ett liknande inslag. Ett antal strategiska tjänster för unga forskare ska utlysas. Två kommer att hamna på Linköpings universitet, varav en på Campus Norrköping.

– De får ett fantastiskt startpaket, pengar till forskning, plus två doktorander och två postdoktorer. Vi går ut brett och annonserar även internationellt. Ett uttalat mål är att få in fler kvinnor till fältet, säger Johanna Rosén.

Universiteten kommer också att kunna söka pengar till olika projekt.

– Vi kan söka tydligt definierade projekt som kommer att stärka vår hållbarhetsprofil. Vi kommer också att söka doktorander och postdoktorer som kommer att vara del av en forskarskola där även doktorander från andra universitet finns. De kan verka som kitt som knyter samman de olika universiteten och ger oss ett bättre nätverk i Sverige.

 Johanna Rosén tycker också samarbete med företag är viktigt. I forskningsprogrammet Wise ingår rekrytering av såväl industridoktorander som industripostdoktorer, som kommer att göra en stor del av sina forskningsprojekt på ett företag.

– Det är bråttom och vi måste få med oss företag på båten, säger hon.

Det handlar om att hitta både nya material och mer hållbara processer.

– Vi måste på sikt byta ut jordartsmetaller. I en elbil finns exempelvis upp till två kilo magneter som ofta innehåller neodym. Vi måste också hitta nya metoder att skapa våra material på ett hållbart sätt.

Hennes egen grupp använder till exempel frätande vätefluorid för att etsa bort ämnen de inte vill ha kvar när de gör maxener. Vätefluoriden måste tvättas bort och då går det åt mycket vatten.

Vad tror du då att satsningen kan komma att leda till?
– Jag hoppas att den kommer att göra ett betydande avtryck inom området hållbarhet. Att vi kommer att göra upptäckter, hitta material, lära oss att använda material så vi får grön energi, fångar in koldioxid, får en cirkulär miljö utan avfall och kan rena jord, vatten och luft, säger Johanna Rosén.

JOHANNA ROSÉN

Ålder: 46 år

Utbildning: Mastersexamen i fysik Linköpings universitet 2000. Doktorerade i materialfysik vid universitetet i Aachen 2004.

Karriär: Postdoktor i Berkeley 2005. Postdoktor i Sydney, Australien 2005–2007. Forskningsassistent Linköpings universitet 2007–2011. Professor i materialfysik vid Linköpings universitet 2016.

Övrigt: ERC Starting grant 2010. Wallenberg Academy Fellow 2012. Vetenskapsrådet, framstående yngre forskare 2013. Wallenberg Scholar 2019. Göran Gustafssonpriset i fysik 2021. Ledamot i Sveriges unga akademi 2017–2022.