Hallå där… Sandra Eriksson, ny professor i elektricitetslära med inriktning mot permanentmagnetiserade elektriska maskiner vid institutionen för elektroteknik, som är en av 86 nya professorer vid Uppsala universitet.
I din föreläsning Generatorer och motorer för hållbar elektrifiering under installationsveckan i november berättade du om din forskning på design och modellering av generatorer och elektriska motorer. Hur går den forskningen till?
– Min forskning handlar om design av permanent-magnetiserade elektriska maskiner, vilka använder magneter i stället för exempelvis strömspolar för att uppnå ett magnetiskt fält i maskinen. Permanentmagnetiserade maskiner ökar i popularitet bland annat på grund av dess höga verkningsgrad. Jag undersöker hur maskindesignen behöver ändras för att passa alternativa magnetiska material. Det görs med metoder som analytiska beräkningar, simuleringar och experimentell testning samt verifiering. På så sätt försöker jag modellera och studera magnetmaterial i detalj för att bättre förstå hur de fungerar, vad de har för begränsningar och på vilket sätt små förändringar kan förbättra prestandan hos en motor eller generator.
– Här vid Uppsala universitet forskas också på mer hållbara gamla eller nya magnetmaterial, där fokus ligger på att ersätta magneter med sällsynta jordartsmetaller med alternativa magnetmaterial. Jag samarbetar även med materialforskare inom ett europeiskt konsortium. Där tänker jag att min forskning kan vara en brygga mellan materialforskningen och elmaskinsforskningen.
Varför är användning av sällsynta jordartsmetaller så problematiskt?
– En del av problemet är att Kina idag står för 98 procent av försörjningen av de här sällsynta metallerna till EU. Magneter med sällsynta jordartsmetaller används bland annat i generatorer i vindkraftverk, och 93 procent av alla elbilar som såldes under 2018 hade motorer med dessa metaller. För att säkra tillgången och undvika prisfluktuationer behövs det alternativ. Dessutom är det komplicerat att utvinna de låga koncentrationerna av metaller, och brytningen görs i riskfyllda arbetsmiljöer som ger stora mängder oönskade restprodukter och farligt avfall.
Vad finns det för alternativ för att ersätta sådana metaller i elektriska maskiner?
– Det finns flera alternativ: antingen försöker man hitta nya, mer hållbara magnetmaterial, eller så använder man ”gamla” material som ferriter, ett keramiskt material som består av oxiderat järn och andra metaller. Ferriter finns redan, men de materialforskare jag samarbetar med fokuserar på att framställa starkare varianter. Fördelen med keramiska ferritmagneter är att de inte rostar och har väldigt lång hållbarhet. Om man lyckas designa motorer och generatorer med sådana magneter med hög prestanda har de potential att ersätta sällsynta jordartsmetaller inom ett växande användningsområde.
Hur stort är klivet från din forskning till marknad?
– Min forskning innefattar både grundforskning och tillämpad forskning. Den tillämpade forskningen utför jag ofta i samarbete med industrin, med inriktning på design av elektriska maskiner med permanentmagneter. Jag har samarbeten med Scania kring lastbilsmotorer och har samarbetat med vindkraft- och vågkraftbolag. Så tillämpningen är egentligen väldigt nära.
Vari ligger den stora utmaningen med din forskning och hur ser du på framtiden?
– Det är väldigt många olika parametrar att ta hänsyn till; det är mekanisk design och elektrisk, magnetisk och termisk design som tillsammans ska fungera. Just den mekaniska biten, med elbilsmotorerna där vissa kan rotera upp till 20 000 varv per minut måste det ju hålla ihop; det är verkligen multidisciplinärt.
– Framtiden ser lovande ut då vi har hela elektrifieringen av transportsektorn framför oss och dagens utmaning med kritiska råmaterial. I den energiomställning vi går igenom ökar andelen förnybar energi och ställer höga krav på nya tekniska lösningar och användningen av smarta materialval. Där hoppas jag att min forskning bidrar till ett mer miljövänligt energisystem.
Källa: Uppsala universitet-Anneli Björkman
