Ny forskning kan hindra isbildning

Värmeväxlare och -pumpar som isar igen när det är för kallt är ett gissel för användarna. Ny ytbehandling i forskningsfronten skulle kunna råda bot på problemen. Det är i alla fall målet för projektet TopNano som koordineras av Ytkemiska institutet i Stockholm.

– Vi som jobbar med utvecklingen är kemister och fysiker med allmänt intresse av isbildning på ytor. Det vi hoppas är att våra kunskaper ska komma till nytta i olika produkter. Det är också därför det är så många företag med i projektet, säger Agne Swerin, projektkoordinator för TopNano hos Ytkemiska institutet, YKI.
Projektet som startade i höstas och ska pågå fram till slutet av februari 2014 finansieras med totalt 35 miljoner kronor. 15 miljoner kommer från det samnordiska initiativet Nordic Innovation Centre, NICe, och resten från de företag som är med – bland andra Nibe, Thermia, Fläktwoods, Electrolux och Sapa.

Nytt material behövs
Isbildning på flygplansvingar och på vindkraftverkens blad är relativt kända problem i dag. Det finns en hel del kunskap om hur isen bildas vid olika höjd- och vindförhållanden. Men ny materialutveckling behövs även här för att lösa problem.
Dagens metoder att behandla ytor, exempelvis med värme eller kemiskt, är ofta dyra och skadliga för miljön. Därför ingår flygplan och vindkraft som två olika koncept som forskarna ska studera inom projektet, och försöka lösa med hjälp av nanoteknik.
På en värmeväxlare, fläkt eller värmepump sker inte isbildningen på samma sätt som på en flygplansvinge, men det finns vissa grundläggande principer som är lika.
– Om is sätter sig på en yta, smälter och sedan fryser igen så bildas frost. Om i stället vattnet först sprids ut och sedan fryser bildas is, som sitter hårdare. Då fungerar inte vissa ytbehandlingsmetoder, så det är viktigt att hitta nya lösningar, säger Agne Swerin.

Ska studera isen
I ett förprojekt tillsammans med företaget Sapa har YKI studerat ytbehandling av aluminiummaterial. Bland annat har forskarna undersökt hur olika ytkemi påverkar isbildningen.
Nästa steg i projektet blir att mäta hur hårt isen sitter vid olika förutsättningar. Utifrån det ska forskarna definiera på vilket sätt ytan kan behöva behandlas. Om isen sitter relativt löst så kan det till exempel räcka med redan kända verktygsmaterial. Annars kan det bli aktuellt att arbeta fram nya ytbehandlingsmetoder.
– Det finns i dag material som efterliknar lotusblommans eller daggkåpans blad som är extremt vattenavvisande. Dessa ytor blir ju även isavvisande, men problemet är att de ofta inte blir tillräckligt robusta för de tillämpningar vi arbetar med.
För att ytorna ska bli robusta nog för flygplansvingar eller värmeväxlare krävs mer noggrant utarbetade strukturer i ytan. Till exempel mönster som gör att isen växer till lika mycket i alla riktningar.
– För aluminium kan det exempelvis handla om en rå yta på mikrometernivå i kombination med ytbehandling av något slag.

Kan spara energi
Utöver YKI ingår även forskare från finska forskningsinstitutet VTT och danska Aarhus universitet i projektet. Företagen Saab Aerosystems, Vattenfall, Akzo Nobel, MW Innovation och Re-Turn deltar också.
Värmepumptillverkaren Nibe tycker att projektet TopNano är intressant, eftersom resultaten skulle kunna hjälpa till att minska energiåtgången för avfrostning och även antalet stillestånd. Luftvärmepumpar har vanligtvis en inbyggd avfrostning som bygger på värmning. Under tiden som avfrostningen pågår kan inte pumpen avge någon värme till huset.
– Kondensvatten fälls alltid ut, men målet för utvecklingen är att avleda vattnet utan att det fryser fast. Därför är projektet intressant, säger Holger Svensson, ingenjör hos Nibe i Markaryd.

Av Marie Granmar, Energi & Miljö nr 6/7 2011 sid 20-21