Medvind för nya material

Maria Messing, universitetslektor vid Fasta tillståndets fysik och koordinator för materialforskningen vid NanoLund:

En katalysator är ett ämne som möjliggör, förenklar och styr en kemisk reaktion utan att själv förbrukas. I industriella processer består katalysatorer ofta av ett slags supportmaterial som är omgivet av metallpartiklar i nanostorlek – det aktiva ämnet. Den katalytiska reaktionen sker på ytan av de här mycket små partiklarna.

Material som idag ofta används för att katalysera reaktioner är palladium, platina och rhodium, som alla är väldigt dyra material.

Vår forskning rör sig nu i två spår. Dels vill vi tillverka partiklar där materialen är mixade på nanonivå för att ersätta katalysatorer som är gjorda av en enda metall. Genom att blanda ett billigare material med ett dyrare, och se till att det dyrare utgör själva ytan av partikeln, går det att spara en massa resurser.

Ett annat spår handlar om hur vi blandar materialen i våra nanopartiklar.

Idag är tillverkningen av katalysatorer ofta slumpmässig, och man vet inte alltid hur materialen ser ut i detalj. Vi vill designa de aktiva partiklarna i katalysatorer med större precision, och använder en unik metod som ger kontroll över både partiklarnas storlek och deras kemiska sammansättning.

Vår ambition är att identifiera optimala blandningar av material och skapa mixade partiklar där de båda materialen tillsammans förstärker katalyseffekten.

Palladium och silver – som vi bland annat arbetat med – visade sig som mixade material på nanoskalan ha precis de aktiva, katalytiska egenskaper vi hoppades på. Vid CO-oxidering, som bland annat sker i vanliga bilar innan avgaserna släpps ut, lade sig palladium på ytan och kunde då katalysera reaktionen.

Jag är övertygad om att min forskargrupp kan bidra till framställningen av mer hållbara katalysatorer, där renare och billigare material dessutom förstärker varandra.

Eftersom 80 procent av all kemikalieframställning sker med hjälp av katalysatorer finns många olika katalysatorer och processer att förbättra – så uppgifter saknas inte för oss forskare.

"Ett hållbart livsmedelssystem behöver innehålla en större andel växtprotein"

Lars Nilsson, universitetslektor vid Institutionen för livsmedelsteknik:

Den direkta upplevelsen av ett livsmedel styrs av dess materialegenskaper – ett knäckebröd är till exempel fast, torrt och krispigt, en tomat är röd, mjuk och saftig och yoghurt är vit, halvflytande och krämig.

Skillnaderna kan beskrivas som materialegenskaper, som bestäms av struktur, komponenter och interaktioner mellan molekyler. Yoghurtens krämighet beror på fettpartiklarna och hur de växelverkar med proteinnätverket. Tomatens saftighet beror på cellstrukturen och pektinets egenskaper. Knäckebrödets krispighet avgörs av kolhydraternas glasstruktur.

Strukturer och interaktioner styrs av hur molekylerna är ordnade längs med ytor. Just detta kan studeras med de metoder som blir tillgängliga vid både Max IV och ESS. Vi livsmedelsforskare förväntar oss inget annat än att den nya kapaciteten i Lund ger rika möjligheter att utveckla vår forskning.

Livsmedelsforskningen styrs idag av de stora, samhälleliga utmaningarna. Ett hållbart livsmedelssystem – med ett lägre koldioxidavtryck, högre klimattolerans och en expanderad global produktionspotential – behöver innehålla en större andel växtprotein.

Detta proteinskifte ställer nya krav på kompetens kring hur proteinets materialegenskaper bidrar till livsmedlens attraktivitet – att de smakar väl, tilltalar våra sinnen, har rimlig hållbarhet och så vidare.

Livsmedel för förbättrad hälsa behöver en sammansättning med hälsosamma komponenter som i sin tur kan ställa krav på skräddarsydda strukturer. I designarbetet med livsmedel som har många tilltalande egenskaper kommer karaktärisering av övermolekylära strukturer på olika längdskalor att vara nödvändig.

Genom Max IV och ESS kan forskare få en djupare förståelse för hur hälsosamma livsmedel designas. Allmänheten ska, i förlängningen, våga hoppas på fler hälsosamma livsmedel.