Milliardsatsing: NTNU ruster opp for kvante og kraftkriser

– En liten startupbedrift har ikke sjans til å kjøpe denne typen utstyr selv, forteller direktør Peter Andreas Köllensperger i Norfab & NTNU Nanolab.

Konsortiet fikk i september gjennomslag i Forskningsrådets siste utlysning for nasjonal forskningsinfrastruktur. Der søkte de om 198,5 millioner kroner.

Det endelige tildelingsbeløpet og fordelingen mellom partnerne er foreløpig ikke fastsatt, ettersom de omsøkte beløpene er noe høyere enn det som er satt av.

I utstyrssatsingen som i alt ligger på hele 1,24 milliarder kroner til forskningsinfrastruktur, er NTNU koordinator eller partner i så mange som ti av 18 av de som mottar finansiering.

NTNU-forskerne er først i verden med et slikt system

Utstyr som begynner å bli gammelt

Köllensperger forteller at Norfab består av fire noder ved NTNU, Sintef, Universitetet i Oslo og Universitetet i Sørøst-Norge, med ulike ansvarsområder og hundrevis av utstyrsenheter.

Ved NTNU ligger blant annet ansvaret for litografi, teknikker som brukes til å lage svært små strukturer på overflater, og avansert karakterisering av materialer.

– Det viktige er at vi driver en hel prosesslinje. Det er ikke én utstyrsenhet man kan kjøpe inn og så er man ferdig. Man trenger mange forskjellige maskiner og prosesser som fungerer sammen, sier Köllensperger .

Norfab har eksistert siden rundt 2009-2010. Mye av infrastrukturen begynner derfor å få noen år på baken.

Brukes til både medisin og Osebergskipet

Å drive laboratorier der komponenter bygges på mikro- og nanonivå krever også langt mer enn selve maskinene. Temperatur, fuktighet, vibrasjoner og mengden støvpartikler i lufta må kontrolleres nøye.

– Fundamentene, renrommene, ventilasjonen og kompetansen som trengs for å drive dette er en enorm investering i seg selv. Utstyret må dessuten kunne være i drift hele tiden.

Godt over 600 brukere benytter infrastrukturen, ifølge Köllensperger. De kommer fra svært forskjellige fagområder og institusjoner.

Utstyret kan brukes til alt fra forskning på nye materialer og sensorer til medisin. Forskere har også kommet med biter av Osebergskipet for å undersøke materialene med avansert karakteriseringsutstyr.

– Det er nettopp det som er spesielt. Det samme utstyret kan brukes av veldig forskjellige forskningsmiljøer.

– Kanskje samfunnets viktigste infrastruktur

En av de andre som fikk gjennomslag i samme utlysning er Digital Twin Power System Laboratory, eller Digitwinlab. Det er professor Kjetil Obstfelder Uhlen ved NTNU som leder prosjektet der også Sintef energi, UiS og UiT er partnere. De har søkt om 37,65 millioner kroner.

Pengene her skal gå til å videreutvikle laboratorier for digitale tvillinger av kraftsystemet. En digital tvilling er en digital kopi av et faktisk system. Gjennom denne kan du teste ut nye ting uten risiko for det faktiske systemet.

Digital tvilling skal sikre reint drikkevatn i Ålesund

– Elkraftsystemet er en av de viktigste, om ikke den viktigste, infrastrukturen vi har. Samfunnssikkerheten avhenger i stor grad av pålitelig og stabil elektrisitetsforsyning, forklarer Uhlen.

Han sier kraftsystemet nå er i rask endring. Kraftbehovet øker på grunn av elekritisering. Kraftproduksjonen endres, blant annet med en økende andel fornybar energi. Det er økende belastning og flyten og produksjon gjør at det er stadig flere komponenter involvert i å opprettholde kraftbalansen.

– Alt det gir nye utfordringer for driften. Spesielt overvåking, styring og vern i kraftnettet. Det betyr også et større behov for automatisering. Dette utfordrer igjen kravene til teknologien. Samtidig må vi ivareta cybersikkerheten når vi blir mer avhengig av digitale løsninger forklarer han.

48 millioner fra ERC til NTNUs miljøforskning

Skal bygge en digital lekegrind

En av tingene den nye tildelingen muliggjør er å kunne øke regnekapasiteten slik at man i sanntid kan simulere det store kraftsystemet. Blant annet hvordan man kan håndtere en krise.

–  Vi ser på det som en digital tvilling av kraftsystemet som gjør oss i stand til å simulere og øve på å håndtere de mest kritiske hendelser og blackouts som kan oppstå, forklarer Uhlen.

De vil også kunne lage en digital transformatorstasjon for å teste nye systemer. Den siste utvidelsen er selve driftssentralen som skal bli en infrastruktur for å kunne utvikle nye løsninger for overvåking og styring i hele kraftsystemet. 

– Vi håper at denne skal bli en lekegrind, ikke bare for utvikling og demonstrasjon av ny teknologi, men også være et sted hvor operatører kan trene på kritiske driftssituasjoner.

En grunnstein for å gjøre kvante i Norge

En viktig del av den nye satsingen for Norfab blir å gjøre infrastrukturen bedre rustet for kvanteteknologi. Kravene er enda strengere enn for tradisjonell mikro- og nanoteknologi.

– Vi er allerede en grunnstein for å kunne drive med kvanteteknologi. Med denne investeringen kan vi bygge videre på det.

- Det haster å gjøre Norge kvanteklart

Et eksempel er kvantesensorer til navigasjon, kommunikasjon og måleteknologi.  Som under vann, der GPS-signaler ikke er tilgjengelige.

– Hvis man lykkes med noen av disse teknologiene, kan det bli et paradigmeskifte. Det kan gi sensorer som er mange størrelsesordener mer følsomme enn dem vi har i dag.

Vil ikke konkurrere med de store internasjonale

De største chipprodusentene i Taiwan eller Sør-Korea står for det meste av prosessorer til mobiltelefoner. Norfab er i stedet innrettet mot forskning, utvikling og mindre produksjonsserier av spesialiserte komponenter.

Ved Sintefs Minalab finnes det en småskala produksjonslinje der det kan produseres noen tusen komponenter. Slike komponenter er blant annet blitt brukt innen luftfart og i strålingsdetektorer.

– Vi skal ikke konkurrere med en fabrikk som produserer millioner av identiske prosessorer. Styrken vår ligger i å kunne prøve ting som ennå ikke er blitt standardisert og utvikle nye prosesser og teknologier.

Satset på en vill idé, så kom gjennombruddet

Köllensperger sier en slik satsing er helt essensiell om det skal være mulig for et land som Norge å henge med. 

– En investering i denne størrelsesordenen er helt avgjørende. Norge er et lite land. Skal forskere og bedrifter kunne utvikle denne typen teknologi, må vi ha infrastruktur og kompetanse som mange kan dele på.

Det gjelder også på utdanning.

– Laboratoriene benyttes av over 250 bachelor- og masterstudenter hvert år, slik at fremtidens forskere og ingeniører har praktisk erfaring i bruken av svært avanserte instrument og kan ta bruk de nyeste teknologiene når de går ut i arbeidslivet, slår Köllensperger fast.