– Vi tror att vår upptäckt kan öppna flera dörrar till mer miljövänliga och energieffektiva lösningar för framtidens batterier, säger Daniel Brandell, docent vid institutionen för kemi, Uppsala universitet och en av forskarna bakom idén.

Litiumjonbatterier är, på grund av sitt höga energiinnehåll, mycket lovande för olika produkter i det framtida energisystem, inte minst för elektriska fordon eller storskalig energilagring i elnätet. Dagens litiumbatterier är dock behäftade med en rad resurs- och miljömässiga problem. Exempelvis är de kommersiellt brytbara litiumresurserna i världen begränsade, och det är oklart om de kan uppfylla framtida behov. Vidare är det mycket svårt att återvinna litium ur de oorganiska material som dagens batterier består av. Dessutom innehåller litiumbatterierna andra, än mer sällsynta, material som är svåra att ersätta och som kräver hög energiåtgång och toxiska kemikalier vid återvinningen.

I den aktuella studien har forskare vid Ångströmlaboratoriet, Uppsala universitet, utvecklat ett helt nytt batterikoncept. Batteriet är baserat på återvinning och förnybart biologiskt material, med motsvarande energiinnehåll som i dagens litiumjonbatterier. Det har komponenter tillverkade av förnybara organiska biomaterial från alfa-alfa och tallkåda, och kan återvinnas med låg energiåtgång och ofarliga kemikalier som etanol och vatten.

Även om dagens batterier har icke-förnybara oorganiska material är det inte första gången batterier med förnybara material presenteras. Men återvinningsstrategin är ett helt nytt koncept. Det är också möjligt att konstruera ett nytt batteri av ett uttjänt, det kan alltså återanvändas med enkla medel.

Forskarna visar att det litium som extraherades från ett uttjänt batteri kunde användas i ett nytt batteri, där endast mer biomaterial behövde adderas. Batteriet kunde sedan leverera hela 99 procent av energimängden från det första. Med framtida modifikationer är det högst troligt att denna siffra kan bli än högre, bedömer forskarna. 

– Genom att använda organiska material från förnybara källor kan flera av de problem lösas som skulle uppstå med en mycket stor ökad användning av litiumbatterier. Men framför allt är det ett betydande steg framåt att litium i hög grad kan återvinnas enkelt och miljövänligt från dessa batterier. Lösningarna är också potentiellt mycket kostnadseffektiva, säger Daniel Brandell.

I forskargruppen ingår även professor Kristina Edström, som leder
batteriforskningen vid Uppsala universitet, och forskaren Stéven
Renault.

FAKTA
Litiumbatterier har metalliskt litium som anod (pluspol), medan Litiumjonbattier har ett litiumbaserat så kallat interkalationsmaterial som anod.

Läs den accepterade artikeln i preliminär version: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cssc.201402440/abstract

Referens: Stéven Renault, Daniel Brandell, Kristina Edström, Environmentally-friendly lithium recycling from a spent organic Li-ion battery, ChemSusChem, 2014.

Att titta på en video tagen med mobilkamera kan vara en lätt skakig upplevelse där bilden skuttar upp och ner. Hus och andra fasta föremål ser inte heller ut att stå stilla eftersom kameran rör på sig. Föremålen blir ofta lite förvrängda och man kan känna sig lätt sjösjuk av att titta på videon.

Detta beror på att mobiltelefoner är utrustade med en elektronisk rullande slutare. Kameran skannar av det du vill fotografera eller filma rad för rad, uppifrån och ner. Står föremålet inte still eller om du inte är stadig på handen säger det sig självt att det blir störningar i bilden. Eller geometriska distorsioner, som Erik Ringaby uttrycker saken.

I sin avhandling har han tagit fram metoder där en smart algoritm kan skatta kamerans rörelse utifrån ett antal bilder som tas i snabb följd. Genom att välja ut ett antal punkter i bilden och jämföra dem med samma punkter i nästa bild får man fram kamerarörelsen och när den är känd kan man sedan flytta bilden rad för rad till rätt position. Bilden blir därmed betydligt stabilare och husen står på fast mark.

Han har även tagit fram ett virtuellt stativ för mobilkameran som gör att du kan ta betydligt bättre bilder i dåligt ljus. Det är svårt att hålla kameran stilla då slutartiden ökar, men med hjälp av gyroskopmätningar och matchning av punkter från flera olika bilder går det att öka skärpan högst betydligt.

I första hand har han och handledaren docent Per-Erik Forssén konsumentmarknaden i sikte, men arbetet har också industriell betydelse i robot och datorseendesystem, där det ofta används kameror med rullande slutare.

– Det är intressant att få ha arbetat med något som fungerar hela vägen, från teorierna till slutanvändaren, säger Erik Ringaby.

Erik Ringaby och Per-Erik Forssén har nu startat ett företag för att kunna kommersialisera metoderna från doktorsavhandlingen. En app för videostabilisering finns redan, och förhoppningsvis har vi snart en app i mobilen som en gång för alla gör slut på suddiga bilder – ett virtuellt stativ som får oss att känna oss nästan som proffs.

Livet på jorden har anpassat sig till att överleva under de mest extrema förhållanden över hela jordklotet, till och med i de djupaste, mörka havsgravarna. Men mycket lite är känt om de livsformer som lever ännu djupare ned, i berggrunden. Nu har man hittat fossil av svampar som levde i håligheter i berget tillsammans med bakterieliknande organismer.

Samarbete i djupet
En betydande del av jordens liv finns dolt i porer och sprickor djupt nere i berggrunden. Denna “djupa biosfär” har vi tidigare bara kunnat ana oss till, men på senare tid har metoder börjat utvecklas för att ta reda på vad som lever därnere och vilken roll det spelar. Lite oväntat har fossil stigit fram som en viktig källa till kunskap om detta gömda liv. Forskare vid Naturhistoriska riksmuseet har upptäckt samhällen som levde i porös basalt långt under havsbotten i Stilla havet för ca 48 miljoner år sedan. Den dominerande livsformen är inte bakterieliknande organismer, vilket man hade kunnat vänta sig, utan några av djurvärldens närmaste släktingar, svampar. Bilder tagna med röntgentomografi visar ett fossilt samhälle som vi aldrig har kunnat se i levande tillstånd.

Svampar gillar symbios
När man plockar höstskogens svamp är det som hamnar i korgen bara en liten del av själva svampen, fruktkropparna. Det mesta av svampen ligger kvar som trådhärvor i jorden. Där lever svampen i symbios med olika växter, oftast till ömsesidig nytta. Liksom vi själva kan svampen inte göra sin egen föda, utan den bryter ner levande eller dött organiskt material och är därmed i slutändan hänvisad till vad de gröna växterna tillverkar genom fotosyntes. Något liknande sker i de fossila djupmiljöerna. Upphängda på svamptrådarna i basalten ser vi någonting som liknar spindelväv, där “daggdropparna” består av små korn, några tusendels millimeter stora, som forskarna tolkar som bakterieliknande celler som hänger ihop i ett nätverk. Dessutom syns blomkålsliknande strukturer växa på svamptrådarna, och dessa verkar vara bildade av bakterier.

– Allt är så prydligt sammanväxt att det högst troligt handlar om symbios av liknande slag som den vi ser hos mer ytlevande svampar, säger professor Stefan Bengtson vid Naturhistoriska riksmuseet.

Tidigare okänd symbios
Men här nere i avgrundens mörker finns inget ljus för fotosyntes, så varifrån fick svamparna sin föda? Sannolikt rör det sig om en tidigare okänd form av svampsymbios, där de samlevande mikroberna tillverkar organisk substans genom kemosyntes. Detta innebär att de utnyttjar den kemiska energi som finns lagrad i ämnen som väte, metan och järn.

– För mikroorganismer är 50 miljoner år inte en lång evolutionär tid, så med största sannolikhet förekommer liknande symbioser i dag, säger forskaren Magnus Ivarsson vid Naturhistoriska riksmuseet.

Upptäckten visar att den djupa biosfären har en mer avancerad ekologi än vi tidigare har anat.

– Om vi skulle detektera människor i stället för molekyler, så kunde vi hitta en enda människa bland 25 jordbefolkningar!, förtydligar Patrick Ehlers den extrema siffran.

Detta möjliggörs av en teknik som är baserad på en unik kombination av högreflekterande optiska speglar och frekvensmodulation, välkänd ifrån radiotekniken, som ger tekniken en exceptionellt hög känslighet för detektion av molekyler.

Systemet befinner sig fortfarande i utvecklingsstadiet, men kan mycket väl inom en rimlig framtid användas för exempelvis medicinsk diagnos eller atmosfärluftsanalys.

– Det kan då bli fullt möjligt att detektera närvaron av ett tjugotal enstaka atomer i en okänd gasblandning!, säger Patrick Ehlers.

Avhandlingen har publicerats digitalt

FAKTA
Om disputationen: Torsdagen den 25 september försvarar Patrick Ehlers, institutionen för fysik vid Umeå universitet, sin avhandling med titeln: Further development of NICE-OHMS – an ultrs-sensitive-frequency-modulated cavity-enhanced laser-based spectroscopic technique for detection of molecules in gas phase.  Svensk titel ”Vidareutveckling av NICE-OHMS – en ultrakänslig frekvensmodulerad kavitetsförstärkt spektroskopisk teknik för detektion av molekyler i gasfas”. Disputationen äger rum klockan 10.00 i N450 i Naturvetarhuset (N450). Fakultetsopponent är universitetslektor och docent Joakim Bood, Lund universitet. Patrick Ehlers kommer ursprungligen från Freiburg i Tyskland och har studerat fysik både vid Albert-Ludwigs Universität Freiburg och Umeå universitet. Sedan 2007 bor han med sin familj i Umeå.

De senaste åren har allt fler noshörningar och elefanter fallit offer för tjuvskyttar. 100 000 elefanter har dödats och tusentals noshörningar. Det är inte bara djuren som dödas, utan även cirka 1000 afrikanska vakter. I de östafrikanska länderna förs en allt hopplösare kamp mot den välutrustade brottsligheten och den organiserade illegala handeln av horn, som har ett högre kilopris än guld och kokain och en nästan jämförbar omsättning på svarta marknaden.

Under vintern 2013-2014 genomförde Stimson Center, en tankesmedja baserad i Washington, och experter på säkerhetsteknik från Security Link vid Linköpings universitet, en studie av hur tekniska lösningar kan användas för att hjälpa vakterna i parker och reservat att skydda Kenyas noshörningar från tjuvskyttar. Clinton Global Initiative, CGI, fick upp ögonen för projektet och bjöd in det att bli medlem. Vid CGI:s årliga konferens som just nu hålls i New York tillkännagavs på tisdagkvällen att projektet att stoppa tjuvskytte av utrotningshotade djur i östafrika blir ett av CGI:s prioriterade projekt.

Som officiell teknikpartner till Stimsons i CGI har Security Link tagit initiativet till projektet Wildlife Security för att utveckla nya smarta tekniska lösningar, samt att skapa partnerskap med svensk industri. Security Link blir nu tillsammans med svenska och utländska företag en teknikleverantör till det större gräns- och infrastrukturprojektet som leds av Stimson Center.

– Projektet är i direkt svar på en rad stora och svåra transnationella utmaningar som globaliseringen har fört med sig där försvar, säkerhet och utveckling smälter samman. Breda samarbeten och rätt använd ny teknik är en viktig del av lösningen. Genom arbetet mot tjuvskytte vill vi visa att vi har en modell som fungerar och som kan spridas och användas inom fler områden och andra tillväxtekonomier, säger Johan Bergenäs, projektledare på Stimson Center, och som sedan i våras också är verksam inom Security Link

Wildlife Security utvecklar i ett första steg appar för smarta telefoner som ska hjälpa vakterna att orientera sig och att rapportera spår av djur och tjuvskyttar Telefonerna fungerar även som säkerhetslarm och som effektiv kommunikation mellan vakterna och deras befäl. Sensor- och radarsystem kommer att placeras ut i reservatet och obemannade flygfarkoster kan användas för att övervaka reservatens gränser och yta. Informationen skickas i realtid till vakternas telefoner.

– Apparna blir ett stort steg framåt för vakterna, deras vardag underlättas, och informationen sprids och lagras på ett effektivare sätt. När de första sensorsystemen integreras nästa år blir det ytterligare ett stort steg framåt för djurens och vakterna säkerhet säger professor Fredrik Gustafsson, föreståndare i Security Link och initiativtagare till Wildlife Security.