Wallenberg Academy Fellows

Framtidens kläder ska göra el av kroppsvärme

Allt fler föremål är uppkopplade, och vi bär med oss mängder av elektroniska prylar. Hur ska vi klara strömförsörjningen? Kanske genom att bli våra egna kraftverk. I Christian Müllers labb ska kroppsvärme omvandlas till el.

– För tjugo år sedan hade vi kanske en enda elektronisk pryl med oss när vi förflyttade oss. I dag har vi betydligt fler, och om tjugo år kommer en mycket större mängd föremål vara kopplade till nätet. Då blir det omöjligt att ha batterier till alla. Istället behöver vi utveckla jättebilliga teknologier för att varje apparat ska kunna få sin egen el. Solceller är en lösning – men bara om det finns sol. Temperaturskillnader däremot finns överallt, och dem skulle man kunna använda för att skapa precis så mycket el som krävs för att driva en elektronisk apparat, säger Wallenberg Academy Fellow Christian Müller vid Chalmers institution för kemi och kemiteknik.

Idén är inte ny: så kallade termoelektriska generatorer har funnits i flera decennier.
Om ett ledande eller halvledande material har olika temperatur i sina olika delar, kan detta sätta elektroner i rörelse – alltså bilda en elektrisk ström. Halvledare ger bäst effekt, och genom att seriekoppla flera av dem kan man få en tillräckligt hög spänning för att driva elektronik. Tekniken används bland annat i rymdsonder. Då placeras en termoelektrisk generator ombord som är kopplad till ett radioaktivt ämne som utstrålar värme. Tack vare generatorn får sonden elektricitet mycket längre än om den hade drivits av solen, som den färdas bort från.

Plastmaterial gör tillverkningen billigare

– Hittills har man använt icke-organiska material, och generatorerna har varit dyra att tillverka. Jag vill istället utveckla termoelektriska generatorer baserade på organiska material, till exempel halvledande polymerer. De skulle kunna bli mycket billigare, säger Christian Müller.

Polymerer kallas material, ofta plaster, som består av kedjeformade molekyler.  Termoelektriska plaster skulle vara flexibla och böjbara, de skulle kunna flätas och vävas till den storlek och form man vill ha eller skrivas ut på 3D-skrivare. Själva tillverkningsprocessen skulle på så vis bli mycket mer kostnadseffektiv än dagens, som kräver så kallad mikrotillverkning av varje termogenerator.

De nya materialen skulle kunna vävas in i ett klädesplagg och driva exempelvis hörsnäckor, sensorer eller så kallade RFID-taggar som används i bland annat busskort och elektroniska nycklar. Men tekniken måste bli mer effektiv. Med dagens material skulle det krävas termoelektriska material på ungefär en handflatas yta för att driva en klocka. Det är för stort.

”Att bli Wallenberg Academy Fellow betyder att jag känner mig välkommen i Sverige, uppskattad för att jag har min verksamhet här. Det är kanske det jag känner mig allra mest tacksam för. Så fungerar det inte överallt.”

Roligt att göra ett nytt material

Dessutom tål dagens halvledande plaster inte att vävas eller printas. Deras molekylkedjor är för korta, vilket gör plasten spröd. Christian Müller ska försöka skapa plaster med bättre mekaniska egenskaper.

– Halvledande polymerer har jag arbetat med rätt länge, men mest i tunna lager fästa på något annat material. Då är de mekaniska egenskaperna inget stort problem. Termoelektronik däremot kräver mycket tjockare strukturer. Jag gillar att göra nya material, och jag insåg att termoelektricitet var en underbar testbädd för att utveckla material som har både bra elektroniska och bra mekaniska egenskaper, säger Christian Müller.

För att lyckas med projektet samarbetar han med andra forskare. Han har en kollega i den egna forskargruppen som tidigare arbetat på Textilhögskolan i Borås. Christian Müller säger att han vet rätt mycket om fibrer, men mindre om hur man sätter samman dem till textilier, och där kommer kollegans kompetens väl till pass.

Forskningen är som en modeshow

Christian Müller har studerat och forskat i bland annat Zürich, Barcelona, Linköping och Cambridge. Efter att ha provat fysik och kemi fastnade han för materialvetenskap – och för fysikalisk kemi, ett fält som få av hans medstudenter gillade. Med tiden började han tycka att plaster var det mest fascinerande området, inte minst för att det öppnade för intressanta industrisamarbeten.

– Men när det kommer till organisk termoelektrisk plast så finns det ingen industri än. Istället ser jag vår forskning som en modeshow. När modeföretag presenterar sina kreationer är det ju inget som någon kommer bära på gatan. De stimulerar intresse genom att visa vad man kan göra med kläder. Vi gör lite likadant. Vi är ganska filosofiska, drömmer om vad man skulle kunna göra med plaster. Sedan hoppas jag att mina studenter tar det ett steg närmare praktiken i framtiden.

Det är Christian Müllers främsta dröm: Att få se sina doktorander i industrin eller akademin och att ha kunnat ge dem en bra start i karriären.

Just nu är han själv föräldraledig på deltid. Mycket av tiden på jobbet går åt till administration – även om han påpekar att Sverige inte är så illa i det avseendet som många påstår. Han suckar, och konstaterar att han har arbetat i länder där man verkligen älskar stämplar. Massor av papper måste fyllas i för att något ska bli gjort.

– För framtiden måste jag bestämma mig för om jag ska leda en liten eller stor verksamhet. Båda har sina attraktiva sidor. Blir det en stor verksamhet, så är det för att jag tycker om att se andra lyckas – för då måste man dra sig tillbaka lite själv som forskare.

Text Lisa Kirsebom
Bild Magnus Bergström