Forskar för nya sätt att skapa energieffektiv kylning

23 mars 2023

Klimatförändringar och urbanisering ökar behovet av en effektiv global energianvändning. Med hjälp av ÅForsk repatrieringsanslag ska Johan Cedervall forska om nya sätt att driva framtida kylsystem – något som kraftigt kan minska framtidens energibehov.

Johan Cedervall får nu i och med anslaget möjlighet att ta med sig kunskaper från en brittisk neutronforskningsanläggning tillbaka till Sverige för att fortsätta studera nya sätt att driva framtidens kylsystem – något som skulle kunna sänka energianvändningen radikalt.

I och med att livsstandarden höjs i världen blir det växande behovet av kylning via luftkonditionering alltmer viktigt. Kylning står dock för cirka 15 procent av världens energikonsumtion, och dagens kylsystem drivs av miljöpåverkande gaser.

– Det är en stor mängd energi som används globalt till kylning. Kan 25–30 procent av den energi som behövs för kylning sparas ger det en stor global vinst, konstaterar Johan Cedervall.

Hans forskningsprojekt heter “Magnetic refrigeration: A case study of the physics in Fe2P-based compounds” och ska genomföras vid Ångströmlaboratoriet vid Uppsala universitet. I sitt forskningsprojekt ska han undersöka möjligheter till magnetisk kylning som ersättare till dagens kylaggregat.

Under de senaste två åren har Johan Cedervall varit på forskningsanläggningen ISIS Neutron and Muon Source som är belägen söder om Oxford i Storbritannien.

– Jag var där under två år på en post doc-tjänst och gästade deras diffraktionsgrupp, berättar Johan Cedervall.

Fe2P – framtida lösning för magnetiska material

Ångströmlaboratoriet är inte en ny bekantskap för Johan. Han doktorerade i Uppsala och repatrieringsanslaget från ÅForsk gör att han nu kan återvända till sin tidigare forskargrupp. Med sig har han nya och utvecklade kunskaper om Fe2P – den förening av järn och fosfor som är grunden för det magnetiska material han ska fördjupa sina kunskaper om.

Magnetiska material används i många olika applikationer, exempelvis hårddiskar, vindkraftverk och elektriska motorer. Ett problem med dagens magnetiska material är dock att de innehåller toxiska ämnen (exempelvis kobolt) och ämnen som är svårtillgängliga och dyra. Att hitta ersättare som är mer lättillgängliga och kostnadseffektiva, som kanske Fe2P kan vara, är därför högintressant.

Fe2P är en förening av järn och fosfor. Det kristalliserar sig i en speciell struktur. I forskningsprojektet vill Johan Cedervall fördjupa kunskapen om hur kristallstrukturen länkar till materialets magnetiska beteende.

– Fosfor är flyktigt och försvinner ut i atmosfären vid upphettning. Men vi har en syntesteknik som gör att vi kan garantera att det fosfor vi stoppar in också finns kvar när vi gjort ett prov. Det är en unik uppställning som vi har här i Uppsala och det var en viktig anledning till varför jag ville tillbaka till hit. Här har vi också ett bra nätverk kring magnetiska material. Det finns ett stort team under samma tak vilket är fantastiskt!, betonar Johan Cedervall.

Det projekt Johan Cedervall nu ska genomföra blir en fortsättning på något han började undersöka under sin doktorandtid.

– Vi gjorde ett prov av Fe2P och undersökte det med neutronspridningsexperiment. De magnetiska spinnen har alltid en viss rörelse, alltså finns alltid vibrationer i ett magnetiskt material. Vi vill se om vi kan få de magnetiska vibrationerna att ändra sig när materialet ändrar sin temperatur. Det finns två magnetiska spinn i Fe2P-strukturen. Vi vill nu förstå varför, och hur, det ena magnetiska spinnet påverkar det andra.

De flesta magnetiska materialen är polykristalina, det vill säga att de innehåller massor med små kristaller. För att få bättre data och kunna tolka detta vill Johan i sin forskning undersöka en kristall – ett prov som blir mikrometerstort. Eftersom kristallen är så liten behöver de skalas upp till millimeterstorlek för att undersökas.

– Det har jag aldrig sett någon göra förut. Men lyckas vi med detta kan vi förstå interaktionerna i materialet och skulle kunna designa bättre material för energieffektivare magnetiskt drivna kylsystem, berättar Johan Cedervall.

Varför är repatrieringsanslaget viktigt?

– Det är inte så lätt att få att etablera sig som oberoende forskare och få egen finansiering och börja bygga samarbeten. Den här typen av anslag är viktigt där jag är i min karriär för att kunna bygga cv:t vidare och få tid att undervisa. Här får jag två år där jag kan bli mer konkurrenskraftig och kunna bygga ett lektorat på sikt. Parallellt med forskningen kan jag söka andra medel, berättar Johan Cedervall.

Om ÅForsk repatrieringsanslag

ÅForsk repatrieringsanslag riktar sig till forskare som vill återetablera sig i Sverige som självständiga forskare efter en internationell vistelse på postdoktornivå. Just nu är en ny ansökningsomgång öppen för anslaget. Sista dag för ansökan är den 30 september. Läs mer här!