Energisnåla ytor kan lösa klimatutmaningar

Ytors egenskaper på fartyg, flygplan, rotorblad, värmeväxlare och bränsleceller har en stor påverkan på energiförbrukningen. Till exempel kan ett fartygs bränsleförbrukning öka med 70% om skrovet har en ojämn yta.

En forskargrupp på KTH, under ledning av professor Shervin Bagheri, kartlägger hur turbulenta strömmande vätskor och gaser samverkar med avancerade ytor. Målet är att utveckla energisnåla ytor, för att minska energiåtgången och hantera framtidens klimatutmaningar.
Forskningsprojektet ”Mot framtidens ytor för manipulering av strömning”, har bland annat finansierats via SSF samt Knut och Alice Wallenbergs stiftelse.
– Genom att inspireras av egenskaper hos växter, däribland Kannrankan, strävar vi efter att, med hjälp av laborationer och beräkningar, skräddarsy ytors struktur, kemi och andra egenskaper. Vår vision är att dessa ytmaterial ska kunna appliceras i allt från flygplan till bilar och fartyg och därigenom minska den globala energiförbrukningen, säger Shervin Bagheri, professor i strömningsmekanik vid KTH.
Forskningen går ut på att skapa en grundläggande förståelse för hur flöden av vätskor och gaser samverkar med komplexa ytor. Ambitionen är att använda denna förståelse för att skräddarsy energieffektiva ytor med ett lågt luft- eller vattenmotstånd. Teknologin kan även användas för att optimera värmeöverföring i exempelvis värmeväxlare i industrin.
Hittills har ytmaterialen utvecklats med hjälp av högprestandasimuleringar på superdatorer. I nästa fas planerar Shervin Bagheri att utsätta de innovativa ytmaterialen för betydligt mer realistiska komplexa miljöer.

Innovativa och mångsidiga ytor
– Vårt långsiktiga mål är att accelerera teknikutvecklingen som krävs för att drastiskt minska transport- och industrisektorns energiförbrukning. Studier visar på möjligheten att minska energiförbrukningen i dessa sektorer med uppemot 50 procent. De ytmaterial vi utvecklar har ett brett tillämpningsområde och kan även användas i exempelvis värmeväxlare och i batterier, där man ofta tvingas kompromissa mellan värmeåterföring och energiåtgång för att driva systemet, säger Shervin Bagheri.
– Ett av våra ytmaterial baseras på en slät yta som gröps ur, vilket skapar ränder. De fylls därefter med en annan vätska (exempelvis olja) än den vätska (exempelvis vatten) som strömmar över ytan. Förutom att den här typen av ytor motverkar att organismer växer på ytan, så har de även en mycket låg friktion och dessutom en förmåga att öka värmeöverföringen. Vi söker nu industriella samarbetspartners som är intresserade av att testa våra innovativa ytmaterial i sina verksamheter, säger Shervin Bagheri.