NanoDrop henter hjem kunnskap fra besøk hos MIT

Ved initieringen av prosjektet NanoDrop (effektivisering av CO₂-kondensasjon) kontaktet jeg Professor Evelyn Wang som leder Device Research Laboratory (DRL) ved Massachusetts Institute of Technology (MIT). MIT er et Ivy League universitet i Cambridge utenfor Boston i USA som har et rykte på seg for å holde svært høyt nivå på sin forskning og utdanning. Gruppen til Evelyn er ikke noe unntak.

DRL jobber med forskning på varme- og massetransport på nano- og mikroskala for å utvikle nye materialer for termisk kontroll, termisk energilagring, sol-termisk energiomdannelse og høsting av vann. Innen dette jobber en stor del av gruppen med å utvikle og teste materialer for dråpekondensering av vann og væsker med lav overflatespenning, som for eksempel organiske væsker som pentan og butan. Det var dette siste som fanget min oppmerksomhet, da CO₂ i væskeform har svært lav overflatespenning. DRLs kunnskap kan derfor være anvendbar i NanoDrop.

NanoDrop henter kunnskap i USA

Professor Wang sa ja til å med i Advisory Board i NanoDrop for å sikre at NanoDrop prosjekter kunne lære av DRLs opparbeidede kunnskap. Prosjektet er nå 2 å gammelt, og vi følte det var på tide å dra til USA for å lære mer om DRL og om deres måte å fabrikkere og teste nye overflater for effektiv kondensering.

Heldigvis for meg har de i de siste par årene fokusert mer på væsker med lav overflatespenning enn før. De har faktisk bevist at de kan få dråpekondensering av butan, som har lavere overflatespenning enn CO₂, ved relevante betingelser (butan: 12,5mN/m, 20^oC, CO₂: 16,4mN/m, -50^oC). Dråpekondensering er den mest effektive formen for kondensering og et høythengende mål for NanoDrop er å få til dråpekondensering av CO₂. For å realisere dette vil resultatene fra butan-eksperimentene være svært nyttige, ettersom overflatespenning er den avgjørende faktoren.

Kondenseringslaben på MIT

Da jeg kom til MIT og DRL ble jeg  møtt av svært hyggelige og dyktige PhD-studenter som alle jobber med kondensering, både av vann, pentan og butan. Etter en omvisning i deres laber viser det seg at våre eksperimentelle oppsett er ganske like og at det så absolutt er muligheter for kunnskapsoverføring mellom NTNU/SINTEF og MIT, i begge retninger.

I kondenseringslaben har de tre ulike oppsett, der flere studenter jobber med ulike prosjekter:

• En sylinder for proof-of-concept for å vise at dråpekondensering er mulig på de overflatene de har fabrikkert
• Et trykkammer for å se på kondensering av vann
• Et trykkammer for å se på kondensering av væsker med lav overflatespenning

De to trykkammerene opererer begge ved romtemperatur, og med trykk fra vakuum og opp til 20 bar. En vakuumpumpe sørger for å fjerne alle andre gasser enn testgassen fra kammeret før forsøkene skal kjøres, da urenheter vil endre betingelsene mye.

Så langt er det meste likt med oppsettet NanoDrop-prosjektet har designet og bygget hjemme i kjelleren på Varmetekniske laboratorier hos SINTEF Energi. Den største forskjellen er måten de kjøler ned overflatene sine på. Ved kondensering av butan, pentan og andre liknende organiske væsker trengs kun en liten nedkjøling fra romtemperatur, så kjøleelementet deres drives på vann og glykol. Når man skal kondensere CO₂ trengs en betydelig lavere temperatur, og vi har derfor designet vårt oppsett til å kjøle ned til -50^oC.

Stor overføringsverdi fra DRL til NanoDrop

DRL og MIT har en stor fordel i at deres oppsett kan måle varmeovergangen mellom kjøleelementet og kondenseringsvæsken. Dette var en av grunnene til at jeg dro over, slik at vi kan se teknikken de bruker og kanskje overføre den til vårt eget oppsett hjemme.

Prinsippet bak oppsettet deres er kjent; man må måle en temperaturgradient gjennom materialet, og vite nøyaktig hva temperaturen er der kondenseringen skjer og temperaturen i gassen. De har i flere publiserte artikler vist sin metode, men det er noe helt annet å se oppsettet i virkeligheten og få det forklart av de som jobber med det til daglig. Denne delen av besøket har vært veldig nyttig for neste fase i vårt eget prosjekt.

Nyttige fredagsmøter 

DRL har gruppemøte hver fredag, slik vi også har i Nanomekanisk Lab hos NTNU. Her møtes studentene og Professor Wang, og i hvert møte presenterer to studenter sitt arbeid og får tilbakemelding både fra medstudenter og fra professoren. Det har vært svært lærerikt å få være med i tre slike møter.

Studentene er interessante å lytte til når de presenterer, og de er svært gode til å gi hverandre tilbakemeldinger og tips på hvordan de kan gå videre med forskningen sin. Det ender alltid opp med en god faglig diskusjon rundt et problem noen har støtt på i sitt arbeid. I tillegg er dette en sosial arena hvor studentene lærer hverandre å kjenne og får muligheten til å øve på å presentere. Etter møtet er det felles lunsj hvor de faglige diskusjonene gjerne fortsetter.

De forskjellige undergruppene har også møte hver uke. Her er der kun er studentene som møtes for å diskutere faglige spørsmål og for å holde enkle presentasjoner. Generelt er det et godt miljø i undergruppemøtene, og det er god takhøyde for å stille «dumme» spørsmål. Her er man opptatt av å hjelpe hverandre videre med arbeidet sitt.

Besøket går mot slutten

Besøket mitt går nå mot slutten. Jeg er svært fornøyd med hva jeg har fått ut av det, og er glad for at jeg har møtt imøtekommende og dyktige studenter som er villige til å dele av sin kunnskap og bidra til å løse andres problemstillinger. Et viktig resultat fra besøket er at jeg fremover har avtalt å ha kontakt, og drive kunnskapsutveksling med flere studenter her ved MIT.