__MAIN_TEXT__

Page 1

DTU – TEKNOLOGI FOR MENNESKER

62

09

20

DANMARKS TEKNISKE UNIVERSITET

Sådan kan vi bedre udnytte biomassen F O R M L E N E R F U N D E T:

TEMA

RESISTENTE BAKTERIER

Om forskning, der forhindrer en postantibiotisk æra, hvor vi ikke længere kan behandle infektioner med antibiotika.

NATURENS BRODDE HAR SAMME DESIGN DYNAMO SPØRGER:

Hvorfor skal batterier udvikles hurtigere? S TART U P - O P F IND ELSE :

NY TEKNOLOGI TIL PLASTIKSORTERING


02

LEDER

I N D H O L D

8

Når offentlig forskning løser vigtige samfunds­ opgaver COVID-19-pandemien lærer os mange ting, og en af dem er, at samfundet er afhængig af forskning. Det er forskning, der skaber det fundament af viden, og som udvikler de løsninger, der sætter os i stand til at træffe de rigtige beslutninger og forebygge sygdommens udbredelse. Vi har også set, hvor vigtigt det er at have de nødvendige kompetencer her i landet, bl.a. for at kunne deltage i udviklingen af vaccine mod virussen. Vi kan ikke læne os tilbage og vente på, at andre lande gør det. Det er jo ikke sikkert, at vores lille nation får en plads forrest i køen, når vaccinerne kommer på markedet. En anden global helbredstrussel, som kræver nationale kompetencer, er antibiotikaresistens. Viden om bakterier, genetik og spredningen af resistens kan sætte os i stand til at forebygge og afbøde effekten af antibiotikaresistens. Her bidrager forskning også til udviklingen af nye medikamenter, som vi kan tage i brug, i takt med at virkningen af de eksisterende antibiotika aftager. De to ovenstående sundhedstrusler er eksempler på, at offentlig forskning løser vigtige opgaver i samfundet, også selvom de ikke nødvendigvis fører til vækst i virksomheder, flere arbejdspladser eller øget velstand i Danmark som det første. Offentlig forskning bidrager nemlig også til løsninger, hvor der ikke er en åbenlys businesscase eller købestærke forbrugere i den anden ende, men som vi alligevel har brug for. Som samfund bestræber vi os på en bæredygtig udvikling, og mange er blevet gode til at have fokus på den økonomiske og ressourcemæssige bæredygtighed. Men vi må ikke glemme den sociale bæredygtighed. Hvis vi overlader udviklingen af ny medicin og ny teknologi til markedskræfterne alene, risikerer vi at efterlade en del mennesker tilbage på perronen, f.eks. handicappede, som har behov, der ikke udgør stærke businesscases. Det kan medføre, at mange får svært ved at bidrage til vores fællesskab – og det er ikke socialt bæredygtigt.

Anders Bjarklev Rektor

TEMA RESISTENTE BAKTERIER

Endnu en trussel mod sundheden. Antibiotikaresistens spreder sig i verden. Forskning kan forebygge og forhindre de negative følger.

10 Spildevand giver vigtig viden om resistens

12 Skæv idé kan måske forhindre, at resistens spredes

14 I nternational frontløber i kampen mod resistens

15 R esistente bakterier kan bekæmpes

04 M ARS 2 0 2 0 - M IS S IO N E N

Var der liv på Mars? NASA sendte i juli en rumsonde mod vores naboplanet. Ombord er der teknologi fra DTU, der skal deltage i søgningen efter spor af liv.

med kendte antibiotika

16 Hele bakteriesamfund kan sikre os ny antibiotika

18 C eller optimeres til at producere antibiotika

20 U ltraviolet lys kan mindske brug af anti­biotika hos tandlægen

20 O ver to årtiers overvågning af

antibiotika­forbrug og -resistens


DYNAMO

6 2 0 9 2 0

03

UDGIVER Danmarks Tekniske Universitet Anker Engelunds Vej 1 2800 Kgs. Lyngby tlf. 45 25 25 25, dtu.dk ANSV. CHEFREDAKTØR Tine Kjær Hassager REDAKTION Lotte Krull, lkru@dtu.dk ABONNEMENT dynamo@dtu.dk Magasinet udkommer fire gange om året DESIGN & PRODUKTION OTW A/S ISSN 1604-7877 FORSIDEFOTO CENTERS FOR DISEASE CONTROL AND PREVENTION (CDC) + CHRISTIAN ALS/DTU BIOSUSTAIN

41

22

P H . D . - FO RS K N IN G

Strøm sikrer rent grundvand

DYN A M O SP Ø RGE R ...

Hvorfor haster udviklingen af nye batterier?

Giftige kemikalier kan fjernes ved at sætte strøm til vand­ førende forurenende jordlag.

Læs svaret fra professor Tejs Vegge, der er i spidsen for EU’s store satsning inden for batteriudvikling.

44 BAGSID EN

Vi zoomer ind på ... tjah, hvad er det?

36 N Y OPFIND ELSE:

34 TO P O LO G IO PT IM E R IN G

Klimavenlige hængebroer

28 N AT URE NS DE SI GN

Derfor knækker myggens brod ikke Forskere har fundet formlen bag det bedste design af brodde og pigge.

Optimering af design på brodæk kan mindske hængebroers materiale­ forbrug og CO2-aftryk.

Plastik sorteres ved hjælp af væske Startuppen Trebo har udviklet en maskine, der udnytter plastikkens flydemekaniske egen­ skaber til sortering.


04

M A R S 2020 - MISSIONEN

SÅ SKAL DER JAGTES TEGN PÅ LIV PÅ MARS

7

MÅNEDER VIL REJSEN FRA JORDEN TIL MARS TAGE.

DTU bidrager til en bane­ brydende NASA-mission, som i juli blev opsendt til Mars for at lede efter tegn på liv. Det er en af de hidtil mest avance­ rede missioner til planeten.

hjælpe med at finde de rette steder at lede efter tegn på tidligere liv på Mars’ overflade. ”Vi er stolte af at levere udstyr til missionen, som lever op til NASA’s ekstremt strenge krav til kvalitet og stor ydeevne,” fortæller professor og afdelingsleder på DTU Space John Leif Jørgensen, der står i spidsen for DTU’s bidrag til missionen.

Morte n G arly An d e rse n N  ASA/ JP L-C al te ch, DTU , Claus Lunau

P

å DTU Space er der i årevis blevet arbejdet på at udvikle teknologi til NASA’s store Mars 2020-mission. Arbejdet kulminerede med opsendelsen af den ubemandede mission fra Cape Canaveral i Florida den 30. juli ved hjælp af en Atlas V-raket. Udstyret er nu undervejs på en cirka 500 mio. km og syv måneder lang rejse til Mars for at lede efter tegn på liv på

planeten. Der er både et køretøj (en rover) og en lille helikopter med. De skal lande i Jezero-krateret på Mars via et avanceret system med både en faldskærm og bremseraketter. DTU Space har leveret udstyr i form af et kamerasystem, der er en videreudvikling af DTU’s stjerne­ kamerateknologi, der også anvendes til at navigere rumfartøjer og satellitter til bl.a. klimaovervågning, men nu skal

18.

FEBRUAR 2021 VIL UDSTYRET LANDE PÅ MARS.

Fotos af tegn på liv Udstyret fra DTU indgår i instrumentet PIXL (Planetary Instrument for X-ray Lithochemistry), som kan undersøge materiale i klipper helt ned til et sandkorns størrelse og effektivt søge efter aflejringer, der er skabt af biologisk liv. PIXL-systemet sidder på en arm på roveren, og DTU-teknologien skal positionere PIXL præcist ved de klipper, der skal undersøges, samt tage billeder og kortlægge farve- og kontrast­forhold i klippematerialet. ”Vores kamera tager billeder af overfladen på Mars, inden den undersøges nærmere. Så hvis der opdages tegn på liv, vil billederne være taget med vores udstyr,” fortæller John Leif Jørgensen.


DYNAMO

62

09

2 0 R U M F O R S K N I N G D T U

PÅ ROVEREN ER MONTERET EN HELIKOPTER, INGENUITY, SOM VEJER Roveren vil indsamle prøver fra overfladen og lagre dem i rør, som bliver efterladt på planeten. Senere ekspeditioner – beman­ dede eller ubeman­ dede – kan samle dem op og tage dem med tilbage til Jorden for at blive analyseret.

2 KG

Rumforskning gør gavn på Jorden Stjernekamera­ teknologien bruges til mange formål, som også gør gavn her på Jorden: Både NASA og Den Europæiske Rum­organisation, ESA, benytter stjernekameraer og anden teknologi udviklet på DTU til bl.a. at navigere mange af de satellitter, som fra baner nær Jorden, f.eks. måler tykkelsen af havisen, vandstanden i verdenshavene, isafsmeltning fra Grønland og mængden af fugt/ vand i det globale økosystem. Ved at deltage i rummissioner med udvikling af avanceret teknologi, der stilles store kvalitetskrav til, og overføre viden og systemer derfra til andre områder, f.eks. jordobservation, bidrager DTU til, at de mest avancerede teknologier, der er til rådighed, også kommer samfundet til gavn.

05


06

M A R S 2020 - MISSIONEN

PIXL’s hovedinstrument skal skanne og undersøge udvalgte klipper på Mars ved hjælp af en røntgenfluorescens-sensor. På den måde kan bl.a. overfladens kemiske sammensætning analyseres. Kemien kan afdække eventuelle efterladenskaber fra liv i form af stromatolitlignende aflejringer, som er fossilt materiale, der også kendes fra Jorden. Man håber at finde omkring fire mia. år gamle fossilerede mikrobielle ’måtter’, der kan være aflejret som belægning på klipper på Mars. På Jorden er den slags fossiler dannet på f.eks. sten og klipper ved bredden af kyster og saltvandssøer. Og i Jezero-krateret på Mars kan der i fortiden netop have været en sø omgivet af et delta. Principielt er det også muligt, at der stadig eksisterer en form for bakterielt liv på eller under overfladen af Mars, og det vil missionen også undersøge. En anderledes mission Der er tale om en omfattende mission, der koster godt 13 mia. kr., hvoraf DTU’s bidrag blot er en mindre del.

R U M F O R S K N I N G

RUMSONDEN FORLOD JORDEN MED EN HASTIGHED PÅ

39.600 KM/T.

DTU

Tidligere missioner har søgt efter mere indirekte beviser på liv, ved at se om forholdene kemisk kunne have dannet betingelser for at understøtte liv i fortiden. Men i dag er teknologien langt bedre, end da NASA’s seneste rover, Curiosity, blev bygget og sendt til Mars, hvor den landede i Gale-krateret i 2012. Det er i dag en velkendt antagelse, at der formentlig har været flydende vand på Mars tidligere i planetens historie, og at der i dag er frosset vand og en smule vand i dampform. Desuden er der mulighed for, at der stadig er flydende vand, men det er ikke entydigt påvist. Forbereder bemandede missioner Ud over altså at lede efter tegn på, om der nogensinde har været liv på Mars, skal missionen karakterisere klimaet og geologien på Mars mere detaljeret end hidtil. Desuden er missionen et led i forberedelserne på senere at sende mennesker til Mars. Det sker bl.a. ved at teste muligheden for at producere ilt ud fra


indholdet i atmosfæren på Mars, som primært består af CO2 - et eksperiment DTU også deltager i. Nogle af de prøver, der opsamles af udstyret på roveren, vil blive placeret i små, tætte beholdere og efterladt på Mars’ overflade. Her er det så meningen, at senere bemandede eller ubemandede missioner kan samle dem op og bringe dem ned til Jorden, hvor de kan undersøges mere indgående end på Mars. Hvis det lykkes, vil det være sensationelt, da der ikke tidligere er hentet materiale fra Mars til Jorden. Med Mars 2020-missionens helikopter, Ingenuity, vil man desuden afprøve, om det er muligt at flyve i Mars’ atmosfære. Hvis det kan lade sig gøre, åbner det nye perspektiver for fremtidige missioner til andre planeter i Solsystemet.

DYNAMO

62

09

20

07

PIXL-ENHEDEN

Floodlight/ blitz frem­ bringes af lysdioder

Strømfor­ syning til floodlight/blitz

Jo h n Le if Jø rge n se n, professor, DTU Spac e, jlj@sp ace .d tu.d k David Arge K l evan g Pedersen, adjunkt, DTU S p ace , d akp @spac e.dtu.dk

Micro Context Kamera

OM PIXL-UDSTYRET

687

DAGE – SVARENDE TIL ÉT ÅR PÅ MARS – VIL UDSTYRET SOM MINIMUM VÆRE I BRUG PÅ PLANETEN.

Udstyret fra DTU til Mars 2020-missionen består af et kamera (Micro Context Camera) og et tilhørende blitzsystem (Floodlight-­system), der sidder på en ud­­vendig arm på Perseverance-roveren sammen med PIXL’s hovedinstrument. Via et kabel er det forbundet med en tilhørende computer i selve roveren, som behandler data fra kamerasystemet. De behandlede data sendes videre til den centrale computer i PIXL-instrumentet. DTU’s Micro Context Camera tager billeder af overfladen på Mars. Flood­ light-systemet er placeret udenom og skal fungere som blitz. Ud fra billeddata beregnes bl.a. orientering og position, og disse data bruges til at sikre præcis navigation og positionering af PIXL’s hovedinstrument på overfladen af Mars. Kameraet er belagt med 24 karat guld for at beskytte elektronikken mod den skadelige stråling på Mars. PIXL-hovedcomputeren samler og behandler alle data fra klippeundersøgelser­ ne, komprimerer dem og sender dem videre til Jorden, hvor forskerne så analyserer dem. Kameraet fra DTU Space tager de første billeder af de områder, der undersø­ ges. Så det vil også være dette kamera, der først dokumenterer eventuelle tegn på, at der har været liv på Mars.


08

R DYNAMO

62

09

2 0

TEMA OM RESISTENTE BAKTERIER 10 SPILDEVAND GIVER VIGTIG VIDEN OM RESISTENS

12 SKÆV IDÉ KAN MÅSKE FORHINDRE, AT RESISTENS SPREDES

14 INTERNATIONAL FRONTLØBER I KAMPEN MOD RESISTENS

15 RESISTENTE BAKTERIER KAN BEKÆMPES MED KENDTE ANTIBIOTIKA

16 HELE BAKTERIESAMFUND KAN SIKRE OS NY ANTIBIOTIKA

18 CELLER OPTIMERES TIL AT PRODUCERE ANTIBIOTIKA

20 ULTRAVIOLET LYS KAN MINDSKE BRUG AF ANTI­ BIOTIKA HOS TANDLÆGEN OVER TO ÅRTIERS OVER­ VÅGNING AF ANTIBIOTIKA­ FORBRUG OG -RESISTENS

Visualisering af resistente bakterier fra Centers for Disease Control and Prevention (CDC) ved Alissa Eckert.

TEMA: RESISTENTE BAKTERIER


ANTIBIOTIK ARESISTENS

D T U

09

Antibiotikaresistens

– en trussel mod vores sundhed

COVID-19-pandemien har tydeligt vist, hvordan mikroorganismer ikke kender til landegrænser. Ligesom SARS-CoV-2-virussen er en anden type mikroorganismer i færd med at sprede sig over hele kloden: de antibiotikaresistente bakterier. WHO anser antibiotikaresistens for at være en af de største trusler mod menneskers sundhed og advarer om, at verden har kurs mod en postantibiotisk æra. Her vil banale infektioner og mindre skader, som vi gennem de sidste mange årtier har kunnet behandle med antibiotika, igen kunne dræbe. Antibiotikaresistens forekommer naturligt, men over­­ dreven eller forkert brug af antibiotika hos mennesker og dyr fremskynder processen, ifølge WHO. På DTU arbejder forskere på løsninger, der skal sikre, at behandling af infektioner forbliver en mulighed. På de følgende sider kan du læse om nogle af disse projekter.


10

T E M A : R E S I S T E N T E B A K T E R I E R

DYNAMO

62

09

20

Spildevand

giver vigtig viden om resistens

Analyser af spildevand kan afsløre udbredelsen af resistente bakterier og kan bruges til global overvågning af problemet.

hen. Vi har brug for at kende problemets omfang for at kunne afgøre, om resistens er stigende eller aftagende. Ved at lave spildevandsanalyser får vi data, der giver os en baseline, som sætter os i stand til at vurdere, om de interventioner, man sætter i værk for at mindske resistensproblemet, virker. Overvågning giver os en mulighed for at følge udviklingen.”

har derfor søgt efter andre faktorer, som enten påvirker udviklingen af resistens eller er indikatorer for forekomsten af resistente bakterier. I det arbejde har de brugt flere omfattende datasæt fra Verdensbanken, der bl.a. har målt på landes sundhedstilstand og udviklingstrin. Arbejdet viser, at de fleste af de variabler, der er forbundet med forekomsten af resistens i et land, har at gøre med de sanitære forhold i landet og befolkningens generelle sundhedstilstand. ”Det tyder på, at resistens spredes mere under dårlige sanitære forhold. I kampen mod antibiotikaresistens kan det derfor være en særdeles effektiv strategi at sætte meget mere ambitiøst ind for at forbedre de sanitære forhold i lande, der har en høj forekomst af resistens,” siger Frank Møller Aarestrup.

Spildevand fra mange lande Forskerholdet har analyseret spildevand fra 258 byer i 103 lande ved at kortlægge alt bakterie-DNA i prøverne. Det har sat dem i stand til at generere de første sammenlignelige globale data for mængden og typen af resistente bakterier, som hovedsageligt raske mennesker bærer rundt på i alle disse lande. Analyserne viser, at forekomsten af resistens generelt er lavest i Nordamerika, Vesteuropa, Australien og New Zealand, mens den er højest i Asien, Afrika og Sydamerika. Forbrug af antibiotika forklarer ifølge forskerne kun en mindre del af forekomsten af resistens i landene. De

Hurtig og billig metode Overvågning af antibiotikaresistens ved hjælp af spildevandsanalyser har flere fordele. Først og fremmest er det en hurtig og relativt billig metode. Det kræver ikke etisk godkendelse, da prøvematerialet ikke kan kædes sammen med enkeltpersoner. Det giver også et repræsentativt billede af tilstanden i en befolkning, da spildevandet kommer fra alle samfundsklasser, hvilket har en særlig stor betydning i de lande, hvor data ellers kun kommer fra de mest privilegerede, der har adgang til test hos en læge eller på et hospital. Og efterhånden som nye resistensgener bliver

Vidste du ...

M i r i am Me iste r o g Lotte Krull Joa ch im Ro d e , Panth e rmedia, CDC

U

den overvågning ved vi intet.” Ordene kommer fra professor Frank Møller Aarestrup fra DTU Fødevare­ instituttet. I mere end 20 år har han forsket i antibiotikaresistens. I de seneste fire år har han sammen med sine kolleger i Forskningsgruppe for Genetisk Epidemiologi ved DTU Fødevareinstituttet stået i spidsen for et internationalt forskerhold, som har vist, at genomsekventering af spildevandsprøver fra hele verden kan skaffe vigtig viden om, præcis hvilke resistente bakterier der florerer i bestemte områder. Spildevandsanalyser har således stort potentiale som redskab til overvågning af antibiotika­ resistens. Og det er afgørende, at vi overvåger, mener Frank Møller Aarestrup: ”Det er egentlig ret enkelt: Hvis man ikke aner, hvor man er, så har man ingen idé om, hvor man er på vej

Der er mange forskellige typer antibiotika. De specielle anti­ biotika, der er særligt vigtige for behandling af mennesker, er i Danmark enten forbudt at bruge til dyr eller bruges kun i begrænset omfang. Kilde: Fødevarestyrelsen


O V E R VÅ G N I N G

DT U

11

fundet i fremtiden, vil forskere også kunne genbruge de offentligt tilgængelige rådata fra studierne af spildevandet til meget hurtigt at afdække, hvorledes den nye resistens er opstået og har spredt sig. Ny teknologi, gammel idé Selve metoden med sekventering af spildevand kan også bruges til at overvåge sygdomsudbrud forårsaget af helt andre mikroorganismer, fortæller Frank Møller Aarestrup: ”Selve idéen med at bruge spildevand til sygdomsovervågning er flere årtier gammel, og man brugte den bl.a. til overvågning af polio. Det nye er, at vi kan gensekventere og finde bakterie-DNA i spildevandet. Men vi kan også lede efter vira. I foråret, da SARS-CoV-2 kom hertil, begyndte vi at lede efter virusset i spildevands­ prøverne fra København.” Analyserne kan måske ikke sige noget om, præcis hvor mange der er smittet med SARS-CoV-2, men kan afsløre, om smittetrykket er stigende eller faldende. Spildevandsovervågningen vil således kunne give en tidlig varsel, hvis en ny sygdomsbølge er på vej. Lignende analyser bliver lavet af kollegerne fra det globale spildevandsprojekt, som

Professor Frank Møller Aarestrup har forsket i antibiotika­ resistens i mere end 20 år.

”Vi har brug for at kende problemets omfang for at kunne afgøre, om resistens er stigende eller aftagende.” P R O F E S S O R F R A N K M Ø L L E R A A R E S T R U P, D T U F Ø D E VA RE I N S T I T U T TE T

befinder sig i bl.a. Italien, Holland, Spanien, USA og New Zealand. System klar til udrulning Forskningsgruppen har en ambition om at få udviklet et system, der gør det muligt at udveksle og fortolke oplysninger i ’real time’ på tværs af landegrænser. På den måde er det muligt at bruge de globale overvågningsdata til at tackle sygdomme, når de truer med at sprede sig fra ét land og udvikle sig til pandemier. Udviklingen af den globale overvågning af antibiotikaresistens er gennemført med midler fra Novo Nordisk Fonden i et seksårigt projekt, der slutter i 2023. Men allerede nu arbejdes der på at få afleveret ansvaret for den globale spildevandsovervågning det rette sted. Professor Frank Møller Aarestrup foreslår bl.a., at Verdenssundhedsorganisationen (WHO) eller Det Europæiske Center for Forebyggelse af og Kontrol med Sygdomme (ECDC) tager teknologien til sig og fortsætter overvågningen. ”Overvågning er en kernedisciplin, og nu har vi et system, der kan overvåge antibiotikaresistens, og som kan rulles ud nu, så det er bare om at gøre det. Samtidig kan systemet inkludere alt muligt andet, lige fra SARS-CoV-2 til fødevarebårne sygdomsudbrud, så det har nogle store perspektiver, som vi burde udnytte,” siger Frank Møller Aarestrup. F  ra n k M ø l l er Aa re st r u p , p rofe sso r, DT U Fø d eva rein st i t u t t et , f m a a @ fo o d . d t u . d k


12

T EM A : RESIS T EN T E BA K T ERIER

DYNAMO

62

09

20

SPILDEVAND UNDERSØGES:

Skæv idé kan måske forhindre, at resistens spredes Bakterier kan blive ’smittet’ med antibiotikaresistens i spildevandsanlæg, viser analyser fra fire lande. Dog er det måske muligt at begrænse ’smitten’ ved at udnytte naturens bakteriedræbere i anlæggene.

Lot te K ru ll J oa ch im Ro d e , Arn au d Dec hesne

D

enne artikel indeholder en god nyhed og to dårlige. De dårlige først: Nyeste forskning bekræfter, at antibiotika­ resistens kan sprede sig i spildevandsanlæg. Forskere fra DTU Miljø er ved at afslutte et projekt med spildevandsanalyser fra fire lande: Spanien, Israel, Storbritannien og Danmark. Analyserne understøtter resultaterne fra et tidligere og mindre projekt, hvor man påviste resistensspredning i dansk spildevand. ”I de nye analyser finder vi overensstemmelse med resultaterne fra vores første projekt. Det gælder bl.a. typen af bakterier, der samler resistens op i rensningsanlæg, og omfanget af denne resistensoverførsel. Det betyder, at det ikke var en eller anden tilfældig mekanisme, vi fandt i dansk spildevand, men at der er tale om et større og mere generelt problem,” siger Barth F. Smets, professor ved DTU Miljø, der ledede forskningsprojektet.

Resistens-DNA er mobilt De resistente bakterier havner i spilde­ vandet, fordi alt, hvad vi skyller ud i toilettet, ender her, så det gælder også de resistente bakterier, som vi kan bære på, f.eks. efter en penicillinkur eller hospitalsindlæggelse. De fleste humane resistente bakterier overlever ikke længe i spildevandet, viser det sig. Alligevel er bakterierne lumske, for de gener, der gør dem resistente, sidder på nogle mobile molekyler kaldet plasmider. Plasmidernes mobilitet er årsagen til, at antibiotikaresistens kan overføres fra en mikro­ organisme til en anden, og det er det, der sker i rensningsanlæggene. Plasmiderne nærmest kobler sig på en ny bakterie i spildevandet, der dermed bliver resistent. De nye resistente bakterier er ofte bakterier, der optræder naturligt i miljøet, og pludselig har vi resistente bakterier, der kan klare sig fint i vores omgivelser. ”Det er bekymrende, for vi risikerer at sprede resistensen yderligere, hvis bakterierne så dukker op i det vand, vi drikker, svømmer i eller vander vores afgrøder med,” siger Barth F. Smets.

Seniorforsker Arnaud Dechesne (tv.) og professor Barth F. Smets fra DTU Miljø forsker i spilde­ vandets rolle i antibiotika­ resistens.

Dårlig nyhed nr. to Forskerne fandt en anden dårlig ny­hed undervejs: Bakterierne lader til at holde på resistensgenerne, selvom de ikke har brug for dem. Hidtil har det været en udbredt overbevisning, at bakterier bruger mere energi på at bære på det ekstra DNA, så lige så snart de ikke har brug for det, dvs. når de er i et miljø, hvor de ikke møder antibiotika, så vil de afkoble DNA’et. Dette er åbenbart ikke tilfældet. ”Vi har undersøgt bakterier, som vi havde gjort resistente, hvorefter vi sikrede, at der ikke var antibiotika i deres miljø. Vi fandt adskillige bakterier, der alligevel beholder deres resistensgener, selvom de ikke har brug for dem. Det betyder, at resistensgenerne ikke er


DT U

13

S P I L D E VA N D

Forskerne samlede bl.a. vandprøver fra en flod ved et kommunalt spilde­ vandsanlæg for at måle udbredelsen af resistensgener.

Vidste du ...

forbigående, som vi troede, eller at der er andre mekanismer, der gør, at bakterierne tilsyneladende har en fordel ved at holde på resistensgenerne,” siger Barth F. Smets. Den gode nyhed Trods de dystre fund i spildevands­ undersøgelserne giver denne viden alligevel håb. ”Når vi ved, hvordan resistensen spreder sig, har vi en mulighed for at finde løsninger, der kan begrænse den,” siger Barth F. Smets. Professorens kollega på DTU Miljø seniorforsker Arnaud Dechesne har en idé til en løsning. Idéen var så anderledes, at han fik støtte af Villum Fondens Experiment-program, der finansierer vild og skæv forskning.

”Jeg vil bruge naturen til at bekæmpe naturen med,” indleder Arnaud Dechesne forklaringen på sin idé med. I naturen har bakterier en naturlig fjende, bakteriofagen. Det er en virus, der inficerer og overtager bakterier for derefter at udnytte dem til at replikere sig selv. Bakterien dør i processen. Ifølge forskeren har bakteriofager længe haft medicinsk interesse. Men hvor fokus her har været at finde én bakteriofag, der kan dræbe én type bakterie, leder Arnaud Dechesne efter bakteriofager, der kan angribe flere slags bakterier. De skal dog have én ting tilfælles: ”Bakterierne skal alle bære plasmider. Jeg ønsker at finde bakteriofager, der kan spotte disse bakterier, da det er i plasmiderne, at resistens-DNA’et

Flere infektioner – såsom lungebe­ tændelse, tuber­ kulose, gonorre og salmonella – bliver sværere at behandle i takt med, at antibi­ otika mister sin virkning. Kilde: WHO

befinder sig. Med disse bakteriofager er vi i stand til at komme resistente bakterier til livs i spildevandsanlæg,” siger Arnaud Dechesne. De findes i naturen, disse bakteriofager, så seniorforskerens opgave er ’bare’ at finde dem, isolere dem og teste, om de kan udnyttes til formålet. ”Hvis vi i laboratoriet kan vise, at bakteriofager kan finde frem til og ødelægge bakterier med plasmider, så kan vi måske en dag udnytte den viden ved at implementere bakteriofager i spildevandsanlæggene,” siger Arnaud Dechesne. Ba  rt h F. Smet s, p rofe sso r, DT U M i lj ø , bfs m@ env. d t u . d k A  rn a u d D ec h e sn e , se n i o r fo r ske r, DT U M i lj ø , a rd e@ env. d t u. d k


14

T EM A : RESIS T EN T E BA K T ERIER

International frontløber i kampen mod resistens DTU Fødevareinstituttets faglige ekspertise inden for antibiotikaresistens er internationalt anerkendt. Senest er instituttet udnævnt som nyt referencecenter for resistens af FN’s Fødevare- og Landbrugsorganisation.

M i riam Me iste r o g Lotte Krull CD C

Vidste du ... Antibiotika­ resistens truer medicinske landvindinger. Organtransplan­ tation, kemoterapi og operationer som kejsersnit vil blive langt farligere uden effektive antibio­ tika til at fore­ bygge og behandle infektioner. Kilde: WHO

R

esistente bakterier kender ikke landegrænser, så internationalt samarbejde om problemet er nødvendigt. I flere årtier har DTU Fødevareinstituttet haft et betydeligt internationalt aftryk inden for antibiotikaresistens, og i slutningen af 2019 kunne instituttet føje endnu en international opgave til sin portefølje, da FN’s Fødevare- og Landbrugs­ organisation (FAO) udpegede DTU Fødevareinstituttet som nyt reference­ center for antibiotikaresistens. I den rolle skal instituttet bl.a. hjælpe laboratorier i hele verden med at blive bedre til at analysere prøver for tilstedeværelsen af resistensgener samt typebestemme resistente bakterier. Det vil foregå dels ved at rådgive og træne laboratoriepersonale i at gennemføre analyserne og dels ved at udbyde såkaldte præstationsprøvninger, hvor man tester laboratoriers evne til at bestemme forekomsten af resistens i forskellige bakteriearter. ”At blive udnævnt som et af FAO’s referencecentre er en anerkendelse af vores faglige ekspertise på resistensområdet, som nu bliver bragt yderligere i spil internationalt. Det er vi stolte over,” siger institutdirektør Christine Nellemann, DTU Fødevareinstituttet.

G L O B A LT S A M A R B E J D E

DYNAMO

62

09

20

I forvejen er DTU Fødevareinstituttet WHO-samarbejdscenter og EU-­ referencelaboratorium på antibiotikaresistensområdet. Nye projekter i Asien og Afrika 2020 var kun få måneder gammel, da DTU Fødevareinstituttet igen kunne annoncere, at en ny, kæmpe opgave var landet, da knap 89 mio. kr. blev tildelt af Fleming Fund. Pengene skal bruges til at gennemføre resistens­ projekter i Afrika og Asien. I Afrika skal danskerne etablere fire laboratorier i henholdsvis Nigeria, Tanzania, Ghana og Sydafrika, så landene bliver i stand til at udføre genom­sekventering. Med den teknologi er det muligt at kortlægge bakteriers DNA-profil og således hurtigt og relativt billigt identificere tilstedeværelsen af bl.a. resistensgener. “De data, som laboratorierne genererer, vil på sigt kunne bruges til at støtte beslutningstagere og rådgive myndigheder, når de skal beslutte, hvordan de vil handle i kampen mod antibiotikaresistens,” siger professor MSO ved DTU Fødevareinstituttet Rene S. Hendriksen. I Asien og Afrika skal DTU Føde­vareinstituttet bidrage til evaluering af referencelaboratoriernes analyseevner. Hvis der afdækkes mangler, skal instituttet hjælpe med videreuddannelse og udvikling af de nye tests, der måtte være brug for. C  h rist in e N el l ema n , in st it u td irek tø r, DTU Fø d eva rein st it u t t et , c l n e@ fo o d . d t u . d k  en e S. H en d rik s en , p rofes s o r M SO, DTU R Fø d eva rein st it u t t et , rs h e@ fo o d . d t u . d k

L  æ s mere o m DTU Fø d eva rein st it u t t et s a rb ejd e med a nt ib iot ika res ist en s : www. fo o d . d t u . d k / Tema er/ A nt ib iot ika ­ res ist en s

Vidste du ... Alle bakterier kan udvikle resistens over for antibiotika. Kilde: Fødevarestyrelsen


15

DT U

Fænomenet er almindeligt kendt og kaldes for ’collateral sensitivity’. Gamle antibiotika på nye flasker Forskerholdet på DTU Biosustain fandt frem til, at resistensen knytter sig til mutationer i et specifikt gen i ESBL, nemlig CTX-M-15-genet. CTX-M-15mutationer er ret udbredte globalt og begrænser lægernes evne til effektivt at behandle urinvejsinfektioner. I laboratoriet undersøgte forskerholdet kombinationer af antibiotika. Fordelen ved anvendelse af mecillinam og cefotaxim som kombinationsbehandling er, at begge lægemidler kan gives som piller og allerede er godkendt på markedet. Nye antibiotika kommer sjældent på markedet, hvilket tvinger lægerne til at finde nye måder at anvende de eksisterende lægemidler på for netop at undgå resistens.

A nne Wärme Lykke og Anders Østerby Mønsted C hristian A l s / DTU Bio s u st a in

É

n måde at omgå resistens på er at finde nye måder at anvende eksisterende antibiotika på. Det har forskningssektionen Bacterial Synthetic Biology på DTU Biosustain kigget på. Forskerholdet har haft fokus på den multiresistente E. coli-bakterie ESBL, som gør behandling af urinvejsinfektioner svær. Dog viser det sig, at man kan udnytte bakteriens resistens i behandlingen af infektionen. Det sker ved at kombinere to almindeligt anvendte antibiotika, mecillinam og cefotaxim. Det er nemlig sådan, at bakteriens resistens mod det ene medikament ’tænder’ for mikroorganismens følsomhed over for det andet medikament. Bakteriens øgede følsomhed gør det muligt at slå den ud.

Resistente bakterier kan bekæmpes med kendte antibiotika Det er muligt at bekæmpe resistente E. coli-bakterier ved at kombinere to alment kendte antibiotika.

Morten Sommer er professor ved DTU Biosustain og har i mere end ti år forsket i antibiotika­ resistens.

Målet er personlige behandlinger 50 pct. af kvinder på verdensplan rapporterer at have haft urinvejsinfektion på et eller andet tidspunkt i deres liv ifølge Verdenssundhedsorganisationen, WHO. Derfor er der store perspektiver i denne nye kombinations­ behandling. Behandlingen virker dog kun med denne specifikke stamme af ESBL med den bestemte mutation. Derfor er det afgørende at kende de sygdomsfremkaldende bakteriers mutationsprofil for at vælge den rigtige kombinationsstrategi. ”Det er nødvendigt at DNA-sekventere prøver fra patienter for at kunne skræddersy antibiotikabehandlingen baseret på mutationslandskabet,” siger scientific director Morten Sommer, der leder Bacterial Synthetic Biology. Metoden giver andre forskere mulighed for at undersøge andre resistensgener for at finde nye antibiotikakombinationer og derved udnytte ’collateral sensitivity’ til at bekæmpe infektioner trods resistens. M o rt e n S o m m e r, p rofe sso r, DTU Bio s u st a i n , m so m @ b i o su st a i n . dtu.dk


16

T EM A : RESIS T EN T E BA K T ERIER

DYNAMO

62

09

20

DTU

Fotoet viser mang­ foldigheden af mikro­ organismer i mudderet ved Great Salt Lake. Fotoet er taget af Scott Chimileski til udstillingen “World in a drop”.

Hele bakterie­ samfund

kan sikre os ny antibiotika I stedet for at isolere antibiotikaproducerende bakterier i laboratorierne har udviklingen taget en ny drejning: Nu skal bakterierne leve sammen, ligesom de gør i naturen. På den måde kan vi få dem til at fremstille ny antibiotika.

Lotte K rull S cot t C h im ile ski, Bax Lindhardt

D

e findes derude – mellem græs og under fyrretræer, i havvand og nede i havbundens sedimenter: bakterierne, som kan producere antibiotika. Det ved vi, fordi deres gener har sladret om det gennem mere end ti års gensekventeringer. Men én ting er bakterier, der har potentialet. En anden er at få udvalgt de mest egnede og få aktiveret deres gener, så de rent faktisk producerer stofferne. De fleste bakterier – faktisk hele 99 pct. – er nemlig ret modvillige i laboratorierne.

Det er dem, som er i centrum i lektor Mikkel Bentzon-Tilias forskningsprojekt. ”Når det kun er ca. 1 pct. af bakterierne, som umiddelbart er dyrkbare i laboratoriet, så ligger der et enormt potentiale i at studere, hvad der skal til for at få de øvrige bakterier til at trives. I mit projekt skal jeg indkredse det potentiale. I årtier har vi udnyttet jordbakterierne til at producere antibiotika, men hvis vi løfter blikket og kigger på hele mikrobiologien, hvor er det så bedst at lede efter nye organismer, som kan sikre os ny antibiotika? Det skal mit projekt også hjælpe med at finde ud af,” siger Mikkel Bentzon-Tilia.

”Vores søgen efter nye antibiotika holder aldrig op, men mennesket kan naturligvis bruge de antibiotiske stoffer klogere.” PROFESSOR LONE GRAM, DTU BIOENGINEERING


N Y E A N T I B I O T I K A

uden grund, at de holder fast i en meget kompleks serie af gener, der sætter dem i stand til at producere antibiotika. Det koster energi for en bakterie at beholde de gener, og bakterier er meget energibevidste. De gider med andre ord ikke at slæbe rundt på nogle gener, som de ikke kan bruge til noget,” siger Mikkel Bentzon-Tilia.

Lektor Mikkel Bentzon-Tilias forskning indgår i den øvrige udforsk­ ning af bakterier, der udføres på grundforsknings­ centeret Center for Microbial Secondary Metabolites, der ledes af professor Lone Gram.

Lektoren har sin daglige gang på DTU Bioengineering, hvor hans arbejde indgår i den øvrige udforskning og forståelse af bakterier, som finder sted i grundforskningscenteret Center for Microbial Secondary Metabolites (CeMiSt). Mikkel Bentzon-Tilia modtog i 2019 5,9 mio. kr. fra Danmarks Frie Forskningsfonds Sapere Aude-program til at lede efter de lovende bakterier. Bakterier lever sammen Mikkel Bentzon-Tilias tilgang til forskningen er i tråd med en ny måde at håndtere bakterierne på, som er på vej frem verden over: co-kultivering. Det er, når man dyrker bakterierne sammen i stedet for isoleret i hver sin petriskål, for bakterierne lever sammen på tværs af arter i store samfund i naturen. ”Tanken bag denne nye praksis er, at de antibiotikaproducerende bakterier kommer fra hele økosystemer, og ved at efterligne deres naturlige miljø kan vi måske få dem til at trives i laboratoriet, så de begynder at fremstille anti­ biotika,” siger Mikkel Bentzon-Tilia. Forskerne i CeMiSt har allerede resultater, der understøtter denne nye

tilgang, forklarer lederen af grundforskningscenteret, professor Lone Gram. ”Det er lykkedes os at få havbakterier til at producere mere antibiotika ved at efterligne nogle af deres livsbetingelser ude i havet, bl.a. hvad de vokser på derude, hvilke bakterier de lever sammen med, og hvilke næringsstoffer de lever af,” siger Lone Gram. I sit forskningsprojekt tager Mikkel Bentzon-Tilia derfor udgangspunkt i hele samfund af mikroorganismer, som er høstet direkte fra naturen og taget ind i laboratoriet til analysering. For øjeblikket studerer han mikrobielle samfund fra tre miljøer: jord, havvand og havbund. De mikrobielle samfund er omhyggeligt udvalgt på baggrund af gensekventeringer, der viser, hvor det største potentiale er til fremstilling af ny antibiotika. ”I første omgang ser jeg på de enkelte samfund i deres helhed. Et mikrobielt samfund er meget mangfoldigt og består potentielt af op imod hundredtusindvis af forskellige bakteriearter. Først og fremmest handler det naturligvis om at studere indholdet af bakterie-DNA, der viser, at der produceres antibiotika. Bakteriernes DNA er interessant, for det er jo ikke

17

Vidste du ... Hvis man spiser fødevarer med bakterier, der bærer resistens­ gener, kan disse egenskaber under særlige omstæn­ digheder blive overført til andre bakterier i mave-­ tarm kanalen. Kilde: Fødevarestyrelsen

Bakteriernes livsbetingelser studeres En del af forskningen handler om at måle på de fysiske og kemiske forhold i de mest interessante mikrobielle samfund. ”Jeg studerer miljøparametre som bl.a. pH-værdi, næringssalte, iltindhold og kulstofindhold, så vi får en idé om mikroorganismernes naturlige livsbetingelser. På den måde kan vi blive bedre til at forudsige, i hvilke naturlige miljøer vi skal lede efter antibiotikaproducerende mikroorganismer,” siger Mikkel Bentzon-Tilia, der håber, at hans forskning kan være første skridt på vejen til et ’landkort’, der viser, hvor vi har størst chance for at finde de mikroorganismer, som vi har brug for. Desuden giver viden om de mikrobielle samfunds forhold i naturen også forskerne mulighed for at efterligne dem i laboratoriet og således ’tænde’ for mikroorganismernes antibiotika­ produktion. Selvom lektorens forskning kan føre direkte til nogle lovende kandidater, der kan udnyttes til fremtidig produktion af antibiotika, så vil jagten på nye organismer fortsætte – nærmest i al evighed, forudsiger Lone Gram: ”Det er jo ikke mennesker, der har opfundet resistens, det er mikrobio­ logien. En bakterie, der producerer antibiotika, skal jo selv være resistent over for dette stof, ellers går den til. Resistens er en uomgængelig del af evolutionen, for det er mikroorganismernes måde at forsvare sig på, når deres eksistens er truet af antibiotiske stoffer. Vores søgen efter nye anti­biotika holder aldrig op, men mennesket kan naturligvis bruge de antibiotiske stoffer klogere, så vi er på forkant med den evolution, der kører hele tiden, og som medfører flere og flere resistente bakterier.” M  ik kel Bent zo n -T i li a , le k to r, DTU Bio en g in e e r i n g, m i bt i @ b i o . d t u . d k  o n e Gra m, p rofe sso r, DT U B i o e n gi n e e r i n g, L g ra m@ b io . d t u. d k


18

T E M A : R E S I S T E N T E B A K T E R I E R M E TA B O L I C E N G I N E E R I N G

Celler optimeres

til at producere antibiotika

Med metoden ’metabolic engineering’ designer og optimerer forskere fra DTU Biosu­stain mikro­ organismer, så de produ­ cerer nye stoffer, der kan udvikles til antibiotika.

Lotte K rull T i l man n We b e r, DTU B iosustain

I

forskningslaboratorierne på DTU Biosustain på Lyngby Campus sker der store ændringer, men det kræver et mikroskop at få øje på dem. Ændringerne sker nemlig i mikroorganismer som f.eks. bakterien Streptomyces. Bakterien er kendt for at producere antibiotika. I forskningssektionen New Bioactive Compounds kan forskerne ved hjælp af ’metabolic engineering’ modificere bakterien til at fremstille nye bioaktive stoffer. Stofferne kan have forskellige egenskaber, som er nyttige for mennesker, bl.a. anticancer- og anti-aging-effekt, men sektionen har et særligt fokus på stoffer, der kan udvikles til nye antibiotika. Dette fokus er nødvendigt, mener lederen af forskningssektionen, scientific director Sang Yup Lee, der i en videopræsentation af sektionens arbejde udtaler:

”Medicinalindustrien udvikler ikke længere nye antibiotika, fordi det giver ikke overskud. Hvis de bruger mange penge på at udvikle nye antibiotika, er formålet at have det som ’last resort’-antibiotika, som de beholder for sig selv, indtil ingen andre antibiotika virker.” ’Klik-på’-antibiotika Et af projekterne i forskningssektionen har været at modificere Streptomyces, så bakterien var i stand til at optage et kunstigt molekyle, som forskerne havde fremstillet. Inde i Streptomyces indgår det kunstige molekyle dernæst i bakteriens produktion af et antibiotikum. Dette antibiotikum vil nu have en ny molekylær sammensætning. Det kan potentielt betyde, at man derved har skabt et nyt antibiotikum, som ingen bakterier er resistente overfor, men dette er endnu ikke blevet bevist.


DYNAMO

62

09

2 0

”Medicinalindustrien udvikler ikke længere nye antibiotika, fordi det ikke giver overskud.

’Klik-på’-løsninger er et fremad­ stormende felt i hele verden, da det er en lovende måde at få mikro­ organismer til at producere mange forskellige stoffer. Og løsningen lyder jo enkel, men det er den langtfra, da modifikationerne har krævet en stor arbejdsindsats, fortæller professor Tilmann Weber, DTU Biosustain: ”Løsningen er ekstrem svær at få til at lykkes. De funktioner inde i en bakterie, som er ansvarlige for produktionen af de bioaktive stoffer som f.eks. antibiotika, er meget komplekse. Det har krævet virkelig meget viden om biosyntesen inde i bakterien og efterfølgende en hel del ’engineering’, før vi lykkedes med at få det kunstige molekyle hæftet på antibiotikummet inde i Streptomyces-bakterien.” Driver stor gendatabase For at kunne udnytte mikroorganismer i udviklingen af nye antibiotika kræver det, at forskerne kender de gener, der sætter organismerne i stand til at producere de ønskede stoffer. En vigtig rygrad i udviklingen af nye antibiotika er computerprogrammet og databasen antiSMASH, som forsknings­ sektionen New Bioactive Compounds har udviklet sammen med kolleger i Holland, og som de nu står for driften af. Næste år har computerprogrammet tiårs jubilæum, og i den tid er det

D T U

”Medicinal­ industrien udvikler ikke længere nye antibiotika, fordi det giver ikke overskud.” SANG YUP LEE, SCIENTIFIC DIRECTOR, D T U B I O S U S TA I N

Vidste du ... I de lande, hvor man kan få antibiotika uden recept til såvel mennesker som dyr, er forekomst og spredning af resistens et større problem. Kilde: WHO

blevet det mest anvendte værktøj i hele verden for forskere, der ønsker at søge mellem de genetiske koder, som er ansvarlige for mikroorganismers produktion af bioaktive stoffer. Databasen er frit tilgængelig for alle, fortæller professor Tilmann Weber: ”Det er en service til samfundet, og den bliver brugt af forskere fra hele verden. Databasen og softwaren udvides hele tiden med nye data om mikroorganismers genomer. Det er data, som kommer ind fra vores kolleger overalt på kloden.” Denne sommer rundede det samlede antal søgninger i databasen gennem de ti år, den har eksisteret, 760.000. Til  ma n n Web er, p rofes s o r, DTU Bio s u st a in , t iwe@ b io s u st a in . d t u . d k

19


20

T E M A : R E S I S T E N T E B A K T E R I E R

Vidste du ... Antibiotika­ resistens kan gå ud over enhver person i enhver alder i ethvert land.

DYNAMO

62

09

20

Ultraviolet lys kan mindske brug af antibiotika hos tandlægen De bakteriedræbende egenskaber i ultraviolet lys kan udnyttes til at begrænse forbruget af antibiotika ved behandling af f.eks. inficerede rodkanaler.

Kilde: WHO

Lot t e K ru l l DTU o g Sh u t t ersto c k

B

akterier i mundhulen kan forårsage infektioner, som i mange tilfælde i dag behandles med antibiotika. Nogle infektioner kan udvikle sig til kroniske tilstande, f.eks. efter indsættelse af implantater

eller rodbehandlinger. Forskere fra DTU Fotonik og Københavns Universitet har udviklet et helt nyt princip, som benytter ultraviolet lys til at komme bakterierne til livs og samtidig reducere forbruget af antibiotika markant. Løsningen kaldes for ’lysunderstøttet antibiotikumbehandling’, som er en kombination af uvb-lys og antibio-

Over to årtiers overvågning af antibiotikaforbrug og -resistens Det danske overvågningsprogram DANMAP har siden 1995 fulgt det danske forbrug af antibiotika og forekomsten af antibiotikaresistens blandt bakterier i dyr, mennesker og fødevarer. Lotte K ru ll

H

vert år udgiver det danske overvågningsprogram DANMAP en rapport om Danmarks antibiotikasituation, og næste år bliver det en jubilæumsrapport, da det så er 25 år siden, at den første udkom. Bag DANMAP står i dag DTU Fødevareinstituttet og Statens Serum Institut, der ud over egen ekspertise også indhenter bidrag og data fra andre danske institutioner. Antibiotika­forbrug


L AV E R E A N T I B I O T I K A F O R B R U G

tikummet tobramycin. Uvb-lyset, som benyttes i den nye type behandling, har en bølgelængde omkring 300 nm, og den er en del af det naturlige dagslys. ”Kombinationen viser sig at være lige så effektfuld, som hvis man behandlede bakterieinfektionen med tobramycin ved ti gange så høje koncentrationer. Med andre ord er det muligt at mindske forbruget af antibiotika med en faktor ti, hvis man udnytter uvb-lys i behandlingen,” siger professor Paul Michael Petersen fra DTU Fotonik, der har været med til at udvikle principperne. Uvb-lys giver markant effekt De lovende udsigter ved ’lysunderstøttet antibiotikumbehandling’ er indtil videre kun påvist i laboratoriet. Her har forskerne dyrket biofilm af bakterien P. aeruginosa. En biofilm er et helt samfund af bakterier med en kompleks struktur, der forbedrer chancerne for overlevelse for de bakterier, der indgår i biofilmen. F.eks.

og -resistens blandt dyr og fødevarer er DTU Fødevareinstituttets fokus. Brugen af antibiotika til fødevare­ producerende dyr kan føre til, at bakterierne udvikler resistens, som kan spredes ad mange veje – fra dyr til dyr, fra dyr til mennesker og fra fødevarer og miljø til mennesker. Forbud mod vækstfremmere Siden 1995 har DANMAP-data bl.a. ført til forbud mod brug af antibiotiske vækstfremmere i fødevareproducerende dyr – et forbud, som i 2006 blev indført i hele EU. Danmark var det første land i verden, hvor de antibiotiske vækstfremmere til dyr blev forbudt på et videnskabeligt grundlag, og hvor der blev etableret en national jord-til-

kan bakterier i biofilm være ti til 1.000 gange mere modstandsdygtige, end hvis de optræder ’på egen hånd’, og de kan derfor være svære at slå ned med antibiotika. De opdyrkede biofilm blev efter henholdsvis 24 og 48 timers vækst udsat for tre forskellige slags behandlinger: bestråling med uvb-lys eller en

DYNAMO

Den nye behand­ lings bakteriedræ­ bende effekt blev bestemt ved at tælle CFU (colony forming units) før og efter.

21

behandling med én af de to antibiotika tobramycin og colistin. Uvb-lyset var signifikant bedre til at udslette biofilmene end de to antibiotika, men den helt store gevinst kom, da forskerne kombinerede uvb-lyset med tobramycin. Ved først at bestråle bakterierne med uvb-lyset og dernæst behandle med tobramycin fik forskerne den markante effekt, der kan sammenlignes med effekten af en behandling bestående af ti gange så høj koncentration af tobramycin. ”Vores resultater kan være et bud på en behandling af kroniske infektioner i mundhulen, som opstår ved rodbetændelser eller efter indgreb, hvor man har fået indsat implantater. Med lysunderstøttet antibiotikum­ behandling kan vi reducere forbruget af antibiotika hos tandlægepatienter,” siger Paul Michael Petersen. Pa  u l M ic h a el Pet e r se n , p rofe sso r, DTU Foto n ik , p a p e @ foto n i k . d t u . d k

Vidste du ...

bord-overvågning af både brugen af antibiotika til mennesker og dyr og forekomsten af antibiotikaresistens blandt bakterier i dyr, mennesker og fødevarer. Siden har flere lande fulgt trop med lignende overvågninger. DANMAP’s løbende fokus på brug af antibiotika til husdyr var også medvirkende til indførelsen af Gult kort-ordningen, som er Fødevare­ styrelsens indsats i besætninger med højt antibiotikaforbrug.

Resistens kan reduceres ved at mindske spredning af infektioner gennem adfærds­ ændringer som bl.a. vaccination, god håndhygiejne, sikker sex og god fødevarehygiejne. Kilde: WHO

Også landbruget anvender aktivt data fra DANMAP. Landbruget har frivilligt minimeret brugen af fluor­ quinoloner og cephalosporiner til husdyr – antibiotika, der er kritisk vigtige til behandling af mennesker. Jo h a n n e E l l is -I ve r se n , se n i o r rå d gi ve r, DTU Fø d eva re i n st i t u t t et , j o e ll@ fo o d . d t u . d k L æ s mere ww w . d a n m a p . o rg


22

DY N A MO SP Ø RGER …

… H V O R F O R H A S T E R U D V I K L I N G E N A F N Y E B AT T E R I E R ?

Lot t e K ru l l M ika l Sc h l o s s er

Hvorfor har vi travlt med at

UDVIKLE NYE BATTERIER? EU afsatte i sommer 150 mio. kr. til projektet BIG-MAP, der er en del af en stor europæisk satsning inden for batteriudvikling. Projektet skal accelerere udviklingen af nye batterier, men hvorfor haster det sådan? Tejs Vegge, der er professor ved DTU Energi og leder af BIG-MAP, giver os svaret her.

q: Hvorfor skal udviklingen af nye batterier gå stærkt? a: Elektrificering af energi,

industri og især transportsektoren skal medvirke til at reducere CO2-udledningen markant, og det er en vigtig brik i den grønne omstilling. Europa har en stor bilindustri, der efterspørger mere effektive og mere bæredygtige batterier, men den konventionelle måde at udvikle batterier på er langsom, og det har vi ikke tid til at vente på.

q: Hvor lang tid tager det normalt? a: Udviklingen af litium-­ion-

batteriet, som i dag er det

genopladelige batteri, der er det mest anvendte i bærbar elektronik og elbiler, tog cirka 20 år fra den første idé i 1970’erne, til det endelige produkt kom på markedet i starten af 1990’erne. q: Hvordan vil I gøre det hurtigere? a: I BIG-MAP vil vi bl.a. udnytte

kunstig intelligens til automatisk at indhente, analysere og anvende data fra alle dele af udviklingsprocessen. Derved kan vores modeller udregne nye løsninger langt hurtigere, end vi kan gøre i dag. Processen med at udvikle batterier består af mange trin

og involverer mange forskellige fagligheder, avancerede computersimuleringer, laboratorieforsøg og test, og dette kaster enorme mængder data af sig. Et batteri ser måske simpelt ud, men det er en meget kompleks teknologi, hvor mange materialer skal spille sammen, og hvor processerne skal forløbe kontrolleret, så det ikke løber løbsk og f.eks. overopheder eller eksploderer. Der er så mange parametre, man kan ændre på i fremstillingen af et batteri, at det er svært at overskue og optimere dem alle. Her får vi bl.a. glæde af den kunstige intelligens, som

selv skal indhente og håndtere de store mængder data og finde nye mønstre i informationerne, som vi ikke selv umiddelbart ville kunne. Det kan føre os hurtigere til nye løsninger. BIG-MAP giver os også mulighed for at vende udviklingen på hovedet, så i stedet for at starte, som vi plejer, med idéen om et nyt materiale eller en ny atomar struktur, så starter vi med de egenskaber, vi ønsker af et ultraeffektivt batteri, hvorefter vi regner baglæns for at finde ud af, hvilke materialer og atomare strukturer vi skal benytte, og hvordan vi skal behandle dem efterfølgende for at få de ønskede egenskaber. Det kaldes for ’inverse design’. q: Hvad er et ultraeffektivt batteri? a: Her tænker vi på et batteri,

der kombinerer tre vigtige egenskaber: En høj kapacitet, dvs. at det kan lagre meget energi uden brug af dyre og sjældne materialer, at det kan op- og aflade hurtigt, og at det har en lang levetid. De tre faktorer spænder ofte ben for hinanden i dag. Vi kan lave batterier, der kan oplades hurtigt, men så har de ofte en mindre kapacitet og en kortere levetid, fordi de hurtige op- og afladninger slider


E U R O PÆ I S K S AT S N I N G

DYNAMO

62

09

20

23

DT U

Europas bilindustri efterspørger batte­ rier til elbiler. Tejs Vegge, professor ved DTU Energi, er i spidsen for den euro­ pæiske udvikling.

Om BIG-MAP • BIG-MAP (Battery Interface Genome – Materials Accele­ ration Platform) er en del af EU’s store batterisatsning Battery 2030+. • Budgettet i BIG-MAP er på 150 mio. kr. over de næste tre år, som er finansieret af EU’s forsknings- og innovati­ onsprogram Horizon 2020. • De 20 mio. kr. går til DTU. • Projektet involverer 34 akademiske og industrielle partnere fra 15 lande og placerer DTU for enden af bordet i EU’s hidtil dyreste forskningsprojekt inden for udvikling af bæredygtige ultraeffektive batterier. w ww.battery2030.e u KILDE: UDDANNELSES- OG FORSKNINGSMINISTERIET

på holdbarheden. Omvendt kan vi lave batterier med højere kapacitet, men så er de generelt langsommere at opog aflade. Globalt arbejder mange med at udvikle batterier, der kan holde til de hurtige op- og afladninger, uden at det går ud over holdbarheden. q: Hvorfor skal løsningen opfindes i Europa? a: Det er vigtigt, at vi finder

en løsning, der er baseret på europæiske kompetencer og materialer. I dag indgår kobolt i batterierne, og det er et metal, der bliver udvundet i Afrika og ofte under kritisable

forhold. Det er heller ikke bæredygtigt eller skalerbart at bruge sjældne materialer fra fjerne egne af verden. Ved f.eks. at bruge flere europæiske materialer opnår man en forsyningssikkerhed, der gør os uafhængige. Derudover har vi nogle af verdens fremmeste batteriforskere i Europa, store virksomheder, som leverer materialer til hele verdens batteriproduktion, og en stor bilindustri, som kan aftage batterierne. Vi har avancerede forskningsinfrastrukturer som bl.a. MAX IV og ESS i Lund, der kan levere formidable data om materialer, som vi kan udnytte i udviklingen. I

Europa er vi også gode og villige til at samarbejde, og det kan være en fordel i forhold til indsamling og deling af data, som kan øge forståelsen af et batteris performance, hvad enten det driver en bil op ad et bjerg i Spanien i 40 graders varme eller i minus 20 grader i Finland. q: Første fase i BIG-MAP er på tre år – hvor langt er I i 2023? a: Vi forventer, at projektet

kommer til at løbe over ti år, og i den første fase skal vi udvikle metoderne, der kan hjælpe os med hurtigere at kunne lave bedre og mere

bæredygtige batterier. I første omgang vil metoderne accelerere udviklingen af kendte typer af avancerede batterimaterialer og grænseflader. Dernæst skal vi kunne anvende metoderne til at opfinde helt nye typer batterier, der kan produceres billigt og bæredygtigt i store mængder, dvs. uden brug af kobolt. På sigt vil vi også gerne kunne udnytte flere organiske materialer til batterierne. Tejs Veg g e, p rofe sso r, DT U En e rgi , t eve@ d t u . d k


24

G R Ø N O M S T I L L I N G

BIOM A SSE

Ma riann e Vang Ry d e B  en ny Box

Projekt 1:

NYOPDAGET ENZYM GIVER BIOMASSEN MERE VÆRDI Med opdagelsen af et nyt enzym kan det en dag blive muligt at udnytte planternes limstof lignin. Stoffet kan anvendes til bl.a. elektronik, forskellige typer bionedbrydelige materialer og i belægninger, der gør materialer vandskyende.

I

naturen er intet overflødigt. Når træet vælter i skoven, eller strået ligger tilbage på marken efter høsten, går bakterier og svampe straks i gang med at omsætte den døde biomasse. Ved hjælp af enzymer er de i stand til at skille molekylerne ad, så de kan få fat i sukkerstofferne, som de lever af. Den proces har vi mennesker også fået øje på. I første omgang har vi ligesom mikroorganismerne fokuseret på at udskille sukkerstofferne, primært fra cellulose og dens mere komplekse variant, hemicellulose. Cellulosen alene udgør omkring 50 pct. af en træstamme, Vi har luret, hvilke enzymer


D T U

DYNAMO

62

09

20

25

BIOMASSENS DRILSKE STOF KAN UDNYTTES Op mod en tredjedel af biomassen består af planternes svært nedbry­ delige stof lignin. Vi kan få en meget bedre udnyttelse af biomasse, når vi finder ud af at tackle lignin. To forskningsprojekter har fundet veje til at få håndteret det genstridige stof.

svampe og bakterier bruger til at nedbryde de lange polymere strukturer af cellulose til enkeltkomponenten glukose. Nu har forskerne har kig på de sidste 20-30 pct. af planten, der udgøres af lignin. Lignin fungerer som en slags ’lim’, der holder sammen på de lange fiberstrukturer af sukkermolekyler og gør planten i stand til at holde sig oprejst, også i blæsevejr, transportere vand, vokse og udvide sig – og samtidig gør den modstandsdygtig over for sygdomsfremkaldende mikro­organismer. Ligninen fungerer nemlig som en barriere for mikroorganismernes udnyttelse af kulhydraterne. Så hvis man kan skille

den fra, vil man også få en meget bedre basis for at udnytte kulhydraterne. Lignin er en såkaldt polyaromatisk struktur, faktisk den eneste fornybare polyaromat, der findes i naturen. En aromat er en seksleddet kulstofring, og ligninen består altså af mange af disse ringe, som sidder sammen. Olie indeholder også aromatiske forbindelser, men den er jo ikke fornybar, så man vil gerne finde alternative materialer med samme egenskaber. En anden kvalitet ved ligninen er dens vandskyende egenskaber. Det er en såkaldt hydrofob polymer, som er med til at sikre, at planterne ikke går i opløsning, når det regner på dem. Den

kvalitet får man bare ødelagt, når man f.eks. udvinder ligninen til papirfremstilling, hvor man skiller den fra cellulosen. Der kan derfor vindes meget ved at finde alternative metoder til at rense ligninen, og naturen har faktisk allerede skabt midlet i form af et enzym, som nu er blevet fundet og beskrevet af en gruppe forskere på DTU Bioengineering med adjunkt Jane Agger i spidsen. Fascinerende enzymer Et enzym er et protein, som kan få en kemisk reaktion til at foregå hurtigere, end den ville spontant, uden selv at indgå og derfor uden at blive brugt op. Alle biologiske organismer, både mennesker


26

G R Ø N O M S T I L L I N G

BIOM A SSE

1

og i særdeleshed mikroorganismer og planter bruger enzymer til at regulere og styre de biologiske processer, der foregår i dem. Enzymerne er så at sige det stykke værktøj, der får processer til at foregå hurtigt og præcist. Der er stort set et enzym til hver reaktion, så der er mange af dem, og det er lettere sagt end gjort at finde det helt rigtige. ”Det er som at lede efter en nål i en høstak, selvom man efterhånden har gode redskaber til det,” fortæller Jane Agger. ”Et svampegenom indeholder måske 10-15.000 gener, hvoraf 200300 typisk koder for enzymer, som bruges til nedbrydning af biomasse. Vi kender endnu ikke dem allesammen og har stadig meget at lære om, hvordan svampenes nedbrydning af træmasse foregår.” Jane Aggers forskerteam har i en artikel i tidsskriftet Nature Communications, udgivet i februar, beskrevet et enzym, som er interessant i denne sammenhæng. Enzymet findes i gruppen ’esteraser’, som kaldes sådan, fordi de arbejder på esterbindinger i plantemassen, hvoraf nogle går under betegnelsen lignin-carbohydrate complexes, forkortet LCC. Forskerne har formået at gøre rede for, hvordan enzymet virker og ser ud, hvordan det genkender ligninen, som det skal virke på, og hvordan det bryder bindingen til kulhydratfibrene. Det er faktisk vildt fascinerende, at det overhovedet kan lade sig gøre, fortæller Jane Agger: ”Et enzym er et ret lille molekyle i sammenligning med biomassen, og det befinder sig i en vandfase. Videnskabeligt set er det meget interessant, at et vandelskende molekyle på den måde er i stand til at finde og sætte sig på en fast og vandskyende overflade som lignin og bryde nogle helt bestemte bindinger her.” Det kan være vanskeligt at arbejde med rigtigt plantemateriale i laboratoriet. Derfor forenkler man ofte tingene ved at lave modelsystemer, men de er ikke altid helt retvisende, så DTU-­forskerne har gået en lidt mere omstændelig vej: ”Det er lykkedes os at påvise enzymets aktivitet på rigtig biomasse, birketræ, og det er ikke set før med

Mulige anvendelser af lignin Det nyopdagede enzym kan betyde, at det bliver muligt at udnytte planters lignin-ind­ hold til en række produkter af høj værdi. En dag vil lignin måske kunne bruges til: 1 Belægninger Lignins vandskyende egenskaber kan udnyttes til at gøre materialer vandafvi­ sende.

2

3

2 Fleksible materialer Lignin kan indgå i forskellige former for plastik, skum og andre fleksible materialer. 3

Kemikalier Lignin kan erstatte kemi­ kalier, der indgår i f.eks. lim. 4

Elektronik Bæredygtige, alter­ native materialer som kan indgå i elektronik.

denne slags enzymer. Det er en lang proces. Først skal biomassen forberedes, så vi kan analysere os frem til, hvad der sker, når vi sætter enzymerne på. Det foregår i små rør. Og næste skridt bliver så at få det ind i en proces, hvor vi kan køre større dele træ igennem,” fortæller Jane Agger. En kaskade af muligheder Endnu er forskningen på et ret tidligt stade, og Jane Agger mener, at der er brug for flere års intensiv forskning, før man når til en egentlig demonstrationsproces. Men hun ser store perspektiver i det nyopdagede enzym, som sandsynligvis vil gøre det muligt at tage i hvert fald ti procent af ligninen ud af biomassen i en så ren form, at den kan bruges til produkter med meget høj værdi. De reneste kulstoffibre vil f.eks. kunne indgå i belægninger, som kan

4

gøre materialer vandskyende eller give dem andre specifikke egenskaber. De kan anvendes i elektronik, som erstatning for kemikalier til lim og til forskellige typer bionedbrydelige faste materialer. I en mindre ren form kan ligninen indgå i forskellige former for plastik, skum eller andre fleksible materialer. Den vil også kunne bruges som fyldmateriale i byggematerialer som beton eller epoxy, og man vil kunne bruge den til den del af kemikalie­ produktionen, som i dag baserer sig på de aromatiske strukturer i olie. Og de allersidste rester kan så brændes af og give varmeenergi. ”På den måde vil vi blive i stand til at udnytte hele biomassen, og dermed kan man sige, at forskningen bidrager til de to FN-verdensmål for bæredygtig udvikling: ’Ansvarligt forbrug og produktion’ og ’Klimaindsats’,” siger Jane Agger. Grundvidenskabelig interesse Der er blevet forsket i biomasse­ nedbrydende enzymer i mindst 25-30 år, så man kan undre sig over, at det lignin­optimerede enzym først opdages nu. En af grundene er nok, mener Jane Agger, at netop de bindinger, som dette enzym tager sig af, findes i ret lave koncentrationer i biomassen. Der er mange flere bindinger i et cellulosemolekyle, og det er dem, man hovedsageligt har fokuseret på. ”Nu er vi på vej til at kortlægge, hvilke bindinger i biomassen der er essentielle for, at hele den komplekse struktur kan holdes sammen. Sjovt nok viser det sig, at når bindingerne mellem lignin og hemicellulose bliver klippet, så begynder strukturen at desintegrere. Det handler om at klippe de rigtige steder,” siger hun. ”På den måde bliver de nyopdagede enzymer ikke kun en nøgle til at åbne for en industrielt interessant proces til at udnytte ligninen, men også en mulighed for at lære mere om, hvordan den tredimensionelle struktur i plantecellevæggen er.” Ja n e Ag g e r, a d j u n k t , DT U B i o e n gi n e e r i n g, ja a g @ d t u . d k


DYNAMO

62

09

2 0

27

D T U

Projekt 2:

BAKTERIER SIKRER BEDRE UDNYTTELSE AF BIOMASSE En speciel blanding af hårdføre bakterier indgår i en ny proces, der åbner for at omdanne selv de mest genstridige former for biomasse til metan. Morten Andersen

D

e danske biogasanlæg producerer på livet løs, men faktisk er det i dag kun godt halvdelen af energiindholdet fra råvarerne, som kommer med over i gassen. Det skyldes, at en stor del af den biomasse, som anlæggene modtager, ikke kan fordøjes af bakterierne i anlæggene. Det drejer sig bl.a. om halm og anden biomasse med højt lignin-indhold. Lignin er en kulstofforbindelse, og den sikrer planterne mod at blive nedbrudt i naturen. En ny proces, som er udviklet på DTU Kemiteknik, gør det nu muligt for biogasanlæggene både at udnytte biomassen bedre og samtidig fremstille metan, som har en markant højere værdi end biogas. Med den nye proces indgår tæt på 100 pct. af kulstofindholdet fra råvaren i slutproduktet. I første omgang SKIADAS, DTU KEMITEKNIK omdannes biomassen til såkaldt syntesegas vha. forgasning, hvorefter mikroorganismer omdanner syntesegassen til metan ved fermentering. ”Fermentering sker under milde betingelser. Det vil sige uden forhøjet

”Med den teknologi, som vi har udviklet, vil det være muligt at udnytte stort set alle former for biomasse som udgangspunkt for at producere metan.” L E K T O R I O A N N I S V.

tryk og med kun let hævet temperatur på 30 til 60 °C. Der er tale om en simpel og billig proces, hvilket gør metoden særligt attraktiv for de mindre biogasproducenter, som der er mange af i Danmark,” siger lektor Hariklia Gavala. Hun leder den biologiske del af projektet Synferon (Optimised Syngas Fermentation for Biofuels Production), som omfatter en række forskningsgrupper på DTU Kemiteknik. Robuste mikroorganismer Hariklia Gavala og hendes kolleger har udviklet særlige blandinger af mikroorganismer for at opnå den meget høje omdannelse af kulstofindholdet i biomassen til metan, og forskerne har lagt vægt på, at bakterierne skulle være robuste over for de betingelser, som hersker i et produktionsanlæg. En anden forudsætning for det høje niveau af omdannelse til metan er en særlig reaktor, hvor forskerne tilsætter brint til processen. Brinten reagerer med CO2’en i syntesegassen, så man får et endnu højere udbytte af metan. Efter en række vellykkede forsøg i laboratorieskala har forskerne bygget en reaktor i demonstrationsskala. ”Med den teknologi, som vi har udviklet, vil det være muligt at udnytte stort set alle former for biomasse som udgangspunkt for at producere metan. Det kan f.eks. være halm, træbriketter eller slam, der er tilovers efter pro-

duktion af biogas. Enhver form for biomasse, der har et højt indhold af kulstof og et lille indhold af vand, kan forgasses og blive til syntesegas,” siger lektor Ioannis V. Skiadas, som har ledet udviklingen af den nye reaktor. H  a rik l ia Gava la , le k to r, DT U Ke m i t e k n i k , hnga@kt.dtu.dk Io a n n is V. Sk i a d a s, le k to r, DT U Ke m i t e k n i k , ivs k @ k t . d t u . dk

Om Synferon Synferon-projektet er finansieret af Innovationsfonden med bidrag fra partnerne, som er DTU Kemiteknik, Dansk Gasteknisk Center, Aquaporin, Biosystemer ApS, Highterm Research og Iowa State University.


28

Naturens design af brodde og pigge har samme formel

B I O M I M E T I K

A n n e Ki r st e n Fre d e r i k se n Pa nt h ermed ia , M a r i a n n e Ro m A n d e r se n



Et nyt studie forklarer for før­ ste gang principperne bag ud­ formningen af brodde, nåle og pigge hos dyr og planter, der stikker. Principperne kan direk­ te overføres til udvikling af nye redskaber og medicinsk udstyr.

gruppe af forskere i biomimetik. De har fokus på at undersøge naturens design for at finde inspiration til teknisk innovation af eksempelvis redskaber og medicinsk udstyr. For at få større viden gennemførte Kaare Hartvig Jensen og hans kolleger modeleksperimenter og samlede data fra mere end 200 arter, hvor de undersøgte designet af forskellige spidse genstande hos dyr og planter. Deres undersøgelsesfelt var bredt og omfattede spidser, som anvendes til meget forskellige formål, eksempelvis til at holde sig fast, suge næring igennem eller forsvare sig med. Samtidig omfattede analysen nåle eller brodde på dyr og planter, der er udformet af vidt forskellige materialer og i alle størrelser,

G

entagne gange oplevede lektor Kaare Hartvig Jensen og hans kolleger på DTU Fysik, at de små glaspipetter, som de anvender til at udtage væske fra planters celler, knækkede ved mødet med cellens væg. Det irriterede forskerne og vakte deres interesse for, hvordan naturen har udformet lignende spidse genstande, som ikke går i stykker, når de anvendes. Det kan f.eks. være torne på planter eller de brodde og pigge, som mange insekter, alger, pindsvin og andre dyr er udstyret med. Tanken om at hente inspiration fra naturen er ikke ny for Kaare Hartvig Jensen, der hører til den voksende

BRODDEN d0

E

lige fra de mindste virus og alger, der måler bare 50 nanometer, til verdens længste animalske spids på 2,5 meter, som er narhvalens stødtand. Forskerne inddrog også designet af menneskeskabte spidse genstande som søm, kanyler og våben (oldtidens spyd og lanser) på helt op til seks meters længde i deres analyse. Styrke og elasticitet Det store datagrundlag gjorde det muligt for forskerne at finde frem til, hvordan naturens spidse redskaber er designet, så de både er stærke nok til at kunne stikke igennem eksempelvis huden på et menneske eller dyr og samtidig hårde nok til, at spidsen ikke knækker ved mødet med huden.

En af naturens brodde, der er designet til at gennemtrænge væv. Broddens diameter varierer lineær fra spids til bund efter formlen d(x)=xd0 /L.

d(x) x L


F O R M L E N E R F U N D E T

DYNAMO

62

09

20

D T U

29

DT U

d0 d0

d(x) d(x)

E E

d(x)

L L

x L

Ved at trykke med en kraft (F) trænger brodden ind i vævet med sin spids (a). Kraften F skal overgå frik­ tionen (Ff), der er proportionel med trykket i vævet (P0 ), friktionskoefficienten (u) og broddens areal.

Væv P0, μ

10-8

-7

-6

10-5

-4

-3

10-2

-1

0

Denblå blålinje linje Den indikererstørrelsen størrel­ 1 indikerer 10 pigge og brodde. sen på pigge og brodde.

Stabil Resultaterne Resultaterne frafra for­ forskernes skernes målinger af målinger af spidse spidse genstande er genstande er indsatmed medblåblå prik­ indsat prikker. Uanset ker. Uanset størrel­ størrelsen er formsen er formlen for de len for de stabile stabile, spidse gen­ spidse genstande d(x)=xd stande0/L. d(x)=xd0 /L.

d 0 (m)

10-1

10-5 Ustabil 10-9

10-8

10-5

L (m)

10-2

Brodden Brodden stikker d0 stikker

F F

a a

L-a L-a

Brodden Brodden bøjer bøjer

P0, μP0, μ

x x Ff Ff p0 p0

d0

F<FF<F C C

F>FF>F C C

Stabil Stabil

Væv Væv

Ustabil F F Ustabil

Ff Ff p0 p0

Når forholdet mellem d0 /L er stort, er brodden stabil og trænger ind i vævet. Når forholdet er mindre, bliver brodden ustabil og bøjer ved det kritiske punkt Fc.

Lorem Lorem ipsum ipsum

Optimale søm og kanyler Undersøgelsen omfattede også menneskeskabte spidse genstande, der allerede i vid udstrækning har kopieret naturens udformning. ”Vores nye viden om, hvordan det optimale design af en spids genstand skal beregnes, kan fremover anvendes til udformning af f.eks. kanyler, så tildelingen af medikamenter bliver optimal – eller

til udformning af søm, så materiale­ forbruget kan nedbringes, uden at de mister den nødvendige stabilitet,” siger Kaare Hartvig Jensen. Forskerne selv har også anvendt resultaterne til at udforme deres glas­pipetter på en ny måde, så de ikke længere oplever brud, når de stikker dem ind i planteceller. Kaare H a rt vig J en s en , l ek to r,  DTU F ys ik , k h jen s en @ f ys ik . d t u . d k

10-110-1

10-5 10-5

d0 d0

101

”Vores resultater viste, at der er en klar sammenhæng mellem længden af en nål eller brod og dens diameter, både tættest ved spidsen og der, hvor den sidder fast på planten eller dyret. På den måde kan både den nødvendige styrke og elasticitet af spidsen sikres, hvad enten det er hos en brændenælde eller en myg,” siger Kaare Hartvig Jensen. ”Samtidig er det tydeligt, at naturens spidser lægger sig i det yderste grænsefelt for, hvad der fysisk er muligt. Og at designet er ens, uanset om vi taler om de nanometersmå spidser på en virus eller en sværdfisks halvanden meter lange sværd.”

10

d 0 (m) d 0 (m)

BRODDENS STABILITET

Planters pigge er også designet, så de har den nødvendige styr­ ke og elasticitet, så de kan stikke uden at knække.

10-9 10-9 10


30

D ATA D R E V E T F J E R N VA R M E D R I F T

DYNAMO

62

09

20

I FJERNVARMEN BIDRAGER TIL 2030-MÅL Det sparer penge og CO2, når fjernvarmesektoren styrer temperaturen med data og lokale vejrudsigter i stedet for tegninger af ledningsnettet og mavefornemmelsen.

H a nne Ko kke gård

Dynamisk datadrevet fjernvarmedrift

Sven Mü lle r, DTU , Dansk Fjernvarme/Nils Rosenvold 

1,7

mio. husstande i Danmark (ca. 64 pct.) bliver opvarmet med fjernvarme, der løber gennem 60.000 kilometer fjernvarmenet. Rejsen fra fjernvarmeværket til radiatorerne tager typisk flere timer, og derfor skal varmebehovet kunne forudsiges. Man skal ikke skrue mere op for varmeproduktionen end nødvendigt, for det koster penge og er energispild, ligesom temperaturtabet i rørene er større ved højere temperaturer. Samtidig skal vandet være tilstrækkelig varmt på de såkaldt kritiske punkter i udkanten af ledningsnettet. Så det er en videnskab at styre fjernvarmeproduk­ tionen optimalt. På DTU Compute arbejder professor Henrik Madsen og hans kolleger med datadrevet energi- og temperaturoptimering. Flere forskningsprojekter viser, at digitalisering forbedrer prognosen for varmebehovet og tilmed letter vejen til Danmarks 2030-klimamål. En undersøgelse, som Damvad Analytics har lavet sammen med Danmarks største smart city-projekt, CITIES, ledet af netop Henrik Madsen, samt tænketanken Grøn Energi under Dansk Fjernvarme, viser, at fjernvarme­ sektoren kan spare mellem 240 og 790

mio. kr. ved at indføre datadrevet temperaturregulering af fremløbs­ temperaturen, fordi temperaturen kan sænkes tre til ti grader. Lavere temperatur sparer også CO2, ligesom varmetabet i nettet mindskes. ”Der er store potentialer ved at gå fra erfaring og simulationsbaseret styring ud fra tegninger af ledningsnettet til datadynamisk optimering af fjernvarmen. Vores projekter viser, at når fremløbstemperaturen er baseret på flere her og nu-datakilder, herunder vejrdata fra lokale målestationer, optimerer vi produktionen og accelererer den grønne omstilling,” siger Henrik Madsen. Lavere varmepriser Svebølle Viskinge Fjernvarmeselskab med 535 husstande er ét af de forsyningsselskaber, der har øget digitaliseringen. Siden oktober 2019 har fjernvarmeselskabet i Nordvestsjælland benyttet bearbejdede data fra DTU-­ spinout-firmaet ENFOR til optimal styring af fremløbstemperaturen. På få måneder har man kunnet sænke fremløbstemperaturen med over 20 grader. Hvor temperaturen før lå på 80,9 grader, blev den først sænket til 68,1 grader, hvorefter den kunne sænkes yderligere til 60 grader.

Billedet viser udstyret til temperatur­ måling i ven­ tilbrøndene: en PT100temperaturføler og en radio­ sender samt et motorcykelbat­ teri, der holder i seks år og for­ syner udstyret med strøm, så det kan sende data videre.

• Teknologien anvender AI til at bearbejde data til at forudsige varmebehov, pumpebehov og tempe­ ratur på ’kritiske’ steder i fjernvarmenettet, hvor temperaturen er lavest. • Ud fra vejrudsigter og lokale målestationer foreslår systemet en starttemperatur. Systemet sender realtidsdata for temperaturen i nettet, kriti­ ske steder, varmeforbruget hos slutbrugeren og vejr tilbage. Temperaturen og trykket reguleres i rørene. Systemet agerer efter de lokale forhold og lærer nettet at kende på en til tre måneder. • Data kan identificere potentielle fejl og brud. • Forskerne i CITIES og andre DTU-ledede projekter arbejder også med styring af varmepumper efter CO2-baserede elpriser, så produktionen øges, når strømmen er grøn. KILDE: RAPPORTEN ’POTENTIALET VED DYNAMISK DATADREVET TEMPERATURREGULERING I FJERNVARMESEKTOREN’, FRA DAMVAD ANALYTICS, GRØN ENERGI OG CITIES.


”Dengang kørte vi lidt med bind for øjnene, fordi vi ikke vidste, hvordan det reelt stod til med temperaturen i fjernvarmenettet. Vi havde slet ikke forestillet os, at digitalisering kunne blive så stor en gevinst.”

31

DT U

Transformationen Figuren skitserer, hvordan den digitale transformation i fjernvarmen kommer til at foregå med data fra fjern­ aflæste målere (smartmeters). KILDE: INTEGRERING AF LAVTEMPERATUR­ FJERNVARME TIL EKSISTERENDE BYOMRÅDER, JANUAR 2020, DTU M.FL.

Temperature/ Flow Controllers

S V E N D M Ü L L E R , B E S T Y R E L S E S -­ FORMAND FOR SVEBØLLE VISKINGE F J E R N VA R M E S E L S K A B

DIGITAL TRANSFORMATION + MACHINE LEARNING

Temperature/ Flow Controllers

Smart Meter Data

Det giver en anslået besparelse på mindst 550 MWh og en reduktion på 110.000 kr. i årlige produktionsomkostninger. Man regner med på sigt at sænke varmetabet i nettet til under 30 pct., og at varmeprisen falder med 47 pct. i perioden 20152025. Inden Svebølle Viskinge Fjernvarmeselskab gik over til datadrevet drift, benyttede man såkaldt simulationsbaseret drift baseret på viden om fjernvarmenettet, erfaring og kun lidt forecast.


32

D ATA D R E V E T F J E R N VA R M E D R I F T

DYNAMO

62

09

20

DTU

Forsknings­ projektet CITIES ”Dengang kørte vi lidt med bind for øjnene, fordi vi ikke vidste, hvordan det reelt stod til med temperaturen i fjernvarmenettet. Vi havde slet ikke forestillet os, at digitalisering kunne blive så stor en gevinst,” siger Svend Müller, bestyrelsesformand for fjernvarmeselskabet. Selve det digitale setup er en simpel og billig IoT-løsning til temperatur­ måling. IoT står for ’Internet of Things’ og betyder teknologi, der forbinder ting på internettet. Fjernvarmeselskabets løsning er udviklet lokalt af Svend Müller og energiselskabet SEAS-NVE og består af batteridrevne temperaturmålere, der er sat ned i to ventilbrønde i fjernvarmenettet. Hvert femte minut videresender målerne data, så man hele tiden har styr på temperaturen i nettet. Samtidig bliver forbrugsdata fra alle 535 fjern­ aflæste målere i de enkelte husstande vist på et kort; et dashboard udviklet sammen med ingeniørvirksomheden ABB, så man har et fuldt overblik. Forbedret varmeprognose I et andet projekt, IDASC, samarbejder DTU Compute med bl.a. HOFOR om at digitalisere varmeforsyningen i bydelen Tingbjerg i København. Her er 25 boligblokke forbundet til samme varmeveksler, så området i praksis fungerer som et isoleret fjernvarmenet. Ved hjælp af feedback fra smartmetermålere, som er installeret i bygningerne og automatisk sender forbrugsdata fra slutbrugerne til forsyningsselskabet, arbejder man på at finde den optimale temperatur og det optimale flow i systemet i jagten på at sænke fremløbstemperaturen og spare CO2 og penge. ”Det er et lille demonstrationsprojekt, men det vil give andre fjernvarmeselskaber og HOFOR en idé om, hvor store gevinster der kan være ved digitalisering og bedre udnyttelse af data,” siger ph.d.-studerende Hjörleifur G. Bergsteinsson. Erfaringerne fra bl.a. IDASC-­ projektet viser, at man kan forbedre præcisionen på forudsigelsen af varmebehovet med ca. 40 pct. ved at kombinere data opsamlet i realtid fra en lokal vejrstation og flere forskellige vejrudsigter.

De selvlærende og datadrevne metoder er velegnede til at inddele byer i temperaturzoner, og derved kan man finde yderligere besparelser, fortæller Henrik Madsen: ”F.eks. er fordampning fra store, grønne områder med til at holde temperaturen nede, mens udearealer dækket af asfalt holder på varmen, der forplanter sig til bygningerne. Så temperaturen kan sagtens være fem grader højere forskellige steder i byerne på grund af bygningerne, asfalten, maskinerne og menneskene.” CITIES har udviklet flere state of the art-metoder, og eftersom resultaterne er blevet offentliggjort i forskellige videnskabelige tidsskrifter og på konferencer, spiller metoderne en vigtig rolle i udviklingen af ny software til fremtidens energisystem, mener Henrik Madsen: ”De fleste energiselskaber, store som små, vil kunne bruge vores erfaringer og løsninger.” Henrik Madsen , p rofes s o r, DTU Co mp u t e,  hmad@dtu.dk

• Danmarks største smart city-projekt CITIES – Centre for IT-Intelligent Energy Systems – forsker i effek­­­­tive, inte­grerede og intel­ligente energi­løsninger, der støt­ter over­gangen fra fossile brænd­stoffer til bæredygtig energi. • CITIES’ metoder bygger på kunstig intelligens (AI) til at analysere store mængder data for at forudsige, kontrollere og optimere samspillet mellem energi­ formerne. • CITIES har 24 danske og svenske industrielle partnere og samarbejder med 15 internationale vidensinstitutioner fra EU, Korea og USA. • Innovationsfonden støtter CITIES. • CITIES slutter 31.12.2020. Flere smartenergiprojekter tager udgangspunkt i CITIES’ forskning, bl.a. Center Danmark, FED – Flexible Energy Denmark, HEATman, IDASC og Smart Cities Accelerator samt EU-projekterne SmartNet, Syn.ikia, eBalancePlus, TOP-UP og FLEXCoop. • CITIES holder slutkonferen­ ce 9.-10. november 2020 på DTU.

Det danske fjernvarmenet måler i alt 60.000 km.


U D D A N N E L S E

N Y H E D E R

DYNAMO

62

09

20

DT U

Flot optag til DTU’s uddannelser

Auditorierne stod klar til de nye ingeniør­­ studerende med studiestart i august.

8.376

Igen i år er optaget til DTU’s 38 uddannelsesretninger øget. På civilbachelor­ uddannelsen har DTU i år tilbudt en studieplads til i alt 1.623 nye bachelor­ studerende mod 1.367 sidste år. Det er en stigning på hele 19 pct. i forhold til 2019. På diplomingeniøruddannelserne er 1.018 unge tilbudt en studieplads. Det er et fald på 4 pct. i forhold til sidste år. Det samlede antal optagne for begge uddannelser er således 2.641 mod 2.426 sidste år, hvilket svarer til en stigning på 9 pct. Gennem de senere år har DTU haft særligt fokus på, at sikre en bedre kønsbalance på DTU. Derfor glæder det bachelordekan Lars D. Christoffersen, at DTU har fastholdt en kvindeandel på civilbacheloruddannelserne på 37 pct. ”Jeg er meget glad for at vi kan fastholde sidste års pæne andel af kvinder på civilbacheloruddannelserne. For vores diplomuddannelser går andelen en smule tilbage i forhold til sidste år – fra 28 til 26 pct. – men er dog stadig højere end i 2018 og årene forud,” siger dekanen.

Antallet af kvote 1-ansøgninger til DTU’s uddannelser i 2020. Det er flere ansøgere end nogensinde.

Stort europæisk uddannelses­ samarbejde

En alliance af førende europæiske tekniske universiteter har netop lanceret et nyt uddannel­ sessamarbejde, ’EuroTeQ Engineering Campus’. Målet er at uddanne fremtidens ingeniører, der ikke kun får en dybdegående teknisk viden, men også en entreprenørmæssig forståelse og et holistisk perspektiv, der kan hjælpe til at løse nogle af samfundets store udfordringer inden for bl.a. fødevarer, energi, sundhed og klima. Det er den franske præsident Emmanuel Macron, der har banet vejen for det europæiske universitetsinitiativ. Formålet er over de næste år at etablere europæiske universitetsalliancer, der vil gøre de europæiske universiteter endnu stær­ kere i den hårde konkurrence med USA og Asien.

Bax Lin d h ard t, Mikal Sc hlosser, Saanize

ANTIVIRALT VÆRKTØJ No Touch er navnet på et lille værktøj, som forhindrer kontakt med flader, dørgreb og knapper i det offentlige rum, og dermed reduceres risikoen for smitte med COVID-19. No Touch er lavet i messing, som er et kobberbaseret metal, der nedbryder

bakterier og vira gennem et fænomen kal­ det den oligodynamiske virkning. Værktøjet er opfundet af Markus Iversen og Orion Pilo, som er diplomingeniørstuderende på DTU, der sælger værktøjet gennem deres virksomhed Saanize.

33


34

TOP OLOGIOP TIMERING

H Æ N G E B R O E R

BROER KAN BLIVE LETTERE OG MERE KLIMA­ VENLIGE Beregninger viser, at det er muligt at reducere materialeforbruget til dækket på en hængebro med mere end en fjerdedel. Det svarer til en besparelse på op til 30 pct. af CO2-udledningen. An ne K irste n F re d e riksen S  u nd & Bæ l t, DTU

D

esignet af de nuværende brodæk på hængebroer, som vi i Danmark bedst kender fra Storebæltsforbindelsen, har ikke ændret sig grundlæggende gennem de sidste 60 år. For at imødekomme ønsket om at kunne bygge stadig længere broer har DTU og COWI sammen forsket i, hvordan man kan optimere konstruktionerne, så særligt vægten af brodækket kan mindskes, og spændet dermed øges. ”Vi anvendte forskellige metoder til at undersøge, hvordan materialerne,

der primært består af stål og beton, kunne udnyttes bedre. Indledningsvis har vi forsøgt at optimere anvendelsen i de traditionelle konstruktioner med tværskotter i brodækket og kunne derigennem opnå en teoretisk vægtbesparelse på op til 14 pct.,” siger Mads Jacob Baandrup, der har gennemført analyserne i forbindelse med sit ph.d.projekt og i dag arbejder som ingeniør i COWIs broafdeling. Supercomputer bag beregninger For at opnå yderligere besparelser inddrog forskerne muligheden for at

ændre designet af brodragerne, som er de konstruktioner, der bærer vejbanen. Det skete ved at anvende topologioptimering, en metode, der bl.a. kendes fra bil- og flyindustrien, men ikke tidligere har været brugt til store bygnings­ konstruktioner. ”Populært sagt handler det om at ’tømme’ en brodrager for dens eksisterende elementer, så der er fuldstændig frihed til et nyt design. Brodragerens indre volumen inddeles herefter i en struktur af små ’terninger’, også kaldt voxels. Topologioptimeringsmetoden bruges så til at bestemme, om hver enkelt voxel skal bestå af luft eller stålmateriale. Resultatet er et design af brodrageren, der anvender mindst muligt stålmateriale uden at forringe styrken i konstruktionen,” siger lektor Niels Aage, DTU Mekanik, der er en af verdens førende forskere i storskala-


DY N A MO 62 0 9 20

DT U

35

Storebæltbroens hængebro er ca. 2.700 meter lang.

Sådan kan brodæk optimeres

optimering og overordnet ansvarlig for projektets analyser. Helt konkret blev et broelement på 30 x 5 x 75 meter analyseret, inddelt i to mia. voxels på bare et par centimeter hver. Det resulterede i en utrolig omfattende beregning på en supercomputer, der ville have taget en almindelig computer 155 år at udføre, men som supercomputeren kunne klare på 85 timer. Det er den største strukturelle optimering, der er gennemført til dato.

dermed reducere CO2-udledningen tilsvarende fra produktion og transport af beton og stål. ”Vi har fortolket og tilpasset beregningerne, så resultatet er blevet et bud på en konstruktion af brodrageren med det mest optimale design, som kan udføres uden at kræve omkostningstunge fremstillingsmetoder. Det økonomiske aspekt er vigtigt for at gøre det realistisk at anvende designet ved fremtidige brobyggerier,” siger Mads Jacob Baandrup.

Krumt design gør forskellen Computerberegningerne gav forslag til, hvordan designrummet i brodækket bedst kunne opbygges. Det indebar bl.a. at krumme en del af de nuværende rette tværskotter, hvorved det bliver muligt at spare 28 pct. af de materialer, der anvendes til brodækkene, og

Værdifuld viden til fremtidens hængebroer Selvom det naturligvis er nødvendigt med yderligere analyser, før der bygges broer med det nye design, er COWI ikke i tvivl om, at resultaterne af forskningsprojektet tilføjer værdifuld viden til fremtidens hængebroer.

Den tyrkiske Osman Gazi-hængebro ses i baggrunden, og topologioptimeringsresultatet øverst til højre. Det organiske udseende og yderst komplekse resultat af optimeringen er efterfølgende fortolket, hvilket har ført til et nyt, mere simpelt design (markeret med rødt). Sammenlignet med det konventionelle design (markeret med blåt) resulterer det nye design i vægtbesparelser på over 28 pct. for brodrageren.

”Det nye design af brodragere kan omsættes til en vægt- og CO₂-reduktion på op til 20-25 pct. for hele broen, hvilket naturligvis er en gevinst for klimaet. Samtidig er COWI involveret i en lang række af verdens største broprojekter, og derfor vil et potentielt nyt design også komme vores kunder og samfundet til gavn fremover,” siger teknisk direktør Henrik Polk, COWI, der har deltaget i forskningsarbejdet. Også på DTU er der stor tilfredshed med resultatet. ”Vi ser store perspektiver i fremover at anvende topologioptimering til at sikre et bæredygtigt design af andre store bygningskonstruktioner som eksempelvis højhuse, stadioner eller motorvejsbroer. Det vil vi forske mere i, og da byggebranchen står for 39 pct. af verdens samlede CO2-udledning, kan næsten enhver reduktion være interessant,” siger professor Ole Sigmund, DTU Mekanik. N  iel s Aa g e, l e k to r, DT U M e ka n i k , n a a g e@ mek . dt u . d k Ol  e Sig mu n d , p rofe sso r, DT U M e ka n i k , s ig mu n d @ mek . d t u . d k


36

I N N O VAT I O N

C I R K U L Æ R Ø KO N O M I

Startup bag ny teknologi til plastiksortering Ch rista Visho lt Jø rge n sen B  a x Lind h ard t

Med deres unikke teknologi til at sortere forskellige typer plast vil to unge ingeniører gøre det nemmere for produktionsvirksomheder at gen­ anvende plastik til fordel for miljøet, men også virksomhedernes økonomi.

S

tore mængder plastik ender hver dag med at gå op i røg eller strande på lossepladser i stedet for at blive genanvendt, fordi mange virksomheder ikke kan sortere flere forskellige plasttyper fra hinanden. Men det vil de to maskiningeniører bag startuppen Trebo, Thomas Trebbien og Andreas Leth Bockhoff, lave om på med deres sorteringsteknologi, der gør det muligt at genanvende plast mere effektivt. ”Vi vil gerne løse problematikken med sammenblandingen af plasttyper og ændre måden, man genanvender plast på lige nu. I stedet for at fokusere på genanvendelsesvirksomheder, som har kæmpestore mængder plast og mange forskellige typer, som potentielt kan blandes sammen, så arbejder vi med at udvikle mindre anlæg til pro­­duktionsvirksomheder. Det vil sige, at vi sorterer der, hvor plasten bliver genereret, hvilket bl.a. gør, at transportomkostninger bliver elimineret, samt at virksomheden får fuld kontrol over egen plast,” siger Thomas Trebbien. Med Trebos teknologi er det muligt for virksomheder at sortere deres plastaffald i forskellige fraktioner og derved omdanne deres affald til en værdifuld ressource. For plastik dækker over tusindvis af specifikke typer, som har hver deres forskellige særegenskaber. Det kan være alt fra hård plast til papirstynd plastembal-

lage, som er uforenelige med hinanden i genanvendelsen.

Trebos sorterings­ teknologi kan adskille forskellige plastfraktioner fuldstændigt fra hinanden.

Plastik sorteres i væske Teknologier til at sortere plastik er langtfra nyt, men Trebo skiller sig ud ved at have udviklet en maskine, der sorterer ved brug af fluidmekanik. Plasten bliver først kværnet til en form for granulat. Derefter nedsænkes plasten i en væske, hvor den tilføres en på forhånd defineret bevægelse, der er indstillet efter parametre som densitet, form og størrelse, så det passer til den specifikke plastsammenblanding. ”Når plastpartikler af forskellige typer udsættes for en særlig fluid-­ mekanisk bevægelse, opfører de sig

forskelligt. Én type plast vil f.eks. søge opad, mens en anden vil søge nedad. Hvis man fortsætter processen tilstrækkeligt længe, vil alle partiklerne til sidst ligge helt adskilt i to forskellige lag. Ligesom i en lagkage,” forklarer Christian Lundgaard, der er partner og udviklingsingeniør i Trebo. Sorteringsprocessen kan tage alt fra ti sekunder til tyve minutter, alt efter hvilke og hvor mange plasttyper der indgår i blandingen. Teknologien er fleksibel over for forskellige typer og sammenblandinger, fordi den sorterer ud fra plastens flydemekaniske egenskaber. ”Vi rammer et bredere publikum med vores teknologi, bl.a. fordi vi kan sortere plastsammenblandinger med adskillige typer samtidig. Det kan konkurrerende teknologier ikke,” siger Andreas Leth Bockhoff. Når Trebo har testet en bestemt materialestrøm af plast, kan de lave et anlæg, der er indstillet præcis efter den pågældende sammenblanding. Det er en helt bestemt indstilling, der skal laves til hvert enkelt anlæg, så det passer til materialestrømmen hos produktionsvirksomheden. Teknologien er de i gang med at patentere, og indtil videre må de udstede patenter på deres sorteringsteknologi i Danmark. Snart håber de også på at få godkendelse fra den fælleseuropæiske patentmyndighed


DYNAMO

62

09

2 0

DT U

37

”Bæredygtighed er altafgørende for os, og det er grundlaget for vores virksomhed. Det unikke ved Trebo er, at vi har en bæredygtig løsning, som samtidig giver stor værdi for virksomheder.” I V Æ R K S Æ T T E R A N D R E A S L E T H B O C K H O F F, T R E B O

Andreas Leth Bock­hoff er med­ stifter af startuppen Trebo, der i 2018 modtog prisen som Årets Studen­ter­ startup på DTU.

(EPO), så de kan udstede patenter i alle EU-lande fra næste år. Sparer penge og CO2 Hos Trebo har de udviklet teknologien, så den nemt kan skaleres op og ned, alt efter hvor store mængder plastaffald en virksomhed har. Det kan være alt fra omkring 50 til 500 tons om året, hvor det stadig er rentabelt at sortere og genanvende plast med denne teknologi frem for at sende det til forbrænding, som der ofte også er forbundet udgifter med. Ud over penge er der også CO2 at spare for virksomheder med et sorteringsanlæg i deres produktion, fordi de undgår at købe ny plast og sende deres spild til forbrænding. Ved at genanvende 1 kg plastik sparer man en CO2-udledning på 2,4 kg, svarende til at brænde en liter benzin af. Sådan lyder tommelfingerreglen hos de to iværksættere, der lader sig motivere af, at deres teknologi kan betyde, at flere virksomheder i fremtiden vil sætte et mindre CO2-aftryk, end de gør i dag: ”Bæredygtighed er altafgørende for os, og det er grundlaget for vores virksomhed. Det unikke ved Trebo er, at vi har en bæredygtig løsning, som samtidig giver stor værdi for virksomheder – og her begynder det at blive interessant,” siger Andreas Leth Bockhoff.


38

Avancerede anlæg kan sortere de samme mængder plastik, men er meget dyre i anskaffelse og drift, som er en af grundene til, at det ikke passer til produktionsvirksomheder, der har mindre mængder plastaffald sammenlignet med andre større virksomheder. Det kræver en del tilvænning for produktionsvirksomheder at se deres plastspild som en ressource, fortæller iværksætterne Thomas Trebbien og Andreas Leth Bockhoff, der er i dialog med flere potentielle kunder. Deres arbejde handler derfor også om at

I N N O VAT I O N

Fra venstre: Christian Lundgaard, Thomas Trebbien og Andreas Leth Bockhoff udgør tilsammen Trebos kerne af ildsjæle.

C I R K U L Æ R Ø KO N O M I

præsentere virksomhederne for, hvad de får ud af at øge deres genanvendelse af plastik gennem en specialiseret sortering. På den måde prøver de at skubbe flere produktionsvirksomheder i en mere bæredygtig retning, som samtidig er økonomisk holdbar. Iværksættere på fuld tid Idéen til teknologien bag Trebo opstod tilbage i 2016, da Andreas Leth Bockhoff og Thomas Trebbien startede på DTU’s kandidatuddannelse i Design og Innovation. Gennem et hackathon

fik de øjnene op for, hvor meget plastik der bliver smidt ud, sendes til forbrænding eller ender i naturen. Derefter gik de straks i gang med at tænke over en løsning. Efter et møde med en medicinalvirksomhed stod det klart for dem, at plastikspildet ofte skyldes, at virksomhederne producerer produkter, der er sammensat af flere forskellige plasttyper, som de ikke kan sortere ordentligt, og derfor sendes det ofte til forbrænding. Samtidig fandt de ud af, at der ikke var nogen, som havde udviklet en effektiv løsning til at


DYNAMO

62

09

2 0

sortere flere plasttyper samtidig. Her satte de sig for at gøre netop det. På DTU lavede de deres første model, en lille af træ, som endte med at blive et springbræt for dem, da de blev en del af DTU’s innovationshub, Skylab. ”Det gik op for os, at vi havde en god idé, da vi blev en del af DTU Skylab. Da vi præsenterede vores projekt og træmodel, anbefalede en af lederne os at søge nogle penge til at udvikle videre på vores projekt,” siger Andreas Leth Bockhoff. Herefter søgte de og modtog støtte fra b.la. Innofounder, der er en del af Innovationsfonden, og siden har de i alt modtaget 1,5 mio. kr. i støtte fra forskellige fonde. I 2017 var de klar med deres første maskine, og året efter udviklede de en større prototype. Maskinen var med til at give dem titlen som Årets studenter-startup på DTU i 2018, som gav dem en masse selvtillid, og i dag tænker de stadig tilbage på deres studietid som der, hvor det hele startede: ”Det har været altafgørende, at vi studerede på DTU, mens vi udviklede Trebo. På Skylab gik det op for os, at vi har muligheden for at lave noget selv og få indblik i, hvordan man søger penge til sin idé,” siger Andreas Leth Bockhoff. De understreger også, at det var en stor hjælp at få hjælp fra specialiserede DTU-forskere i forhold til plast og plastsortering, der også blev centrum for deres speciale. Og med fondsstøtte kunne de gå direkte fra deres speciale til at være fuldtidsiværksættere på Trebo. ”Det har været en lang rejse. Da vi kom ud efter specialet, havde vi jo bare et produkt. Men vi vidste ingenting om, hvordan man drev en virksomhed, eller om at skaffe kunder. Samtidig var vi også dengang i tvivl om, hvilket marked vi skulle gå ind på. Så der har været en stor læring i at stifte virksomhed på den måde, som vi har gjort. Vi er virkelig bare blevet kastet ud i det,” siger Thomas Trebbien. Efter nogle år med et kontor på DTU og produktion i Hårlev på Sydsjælland har en millioninvestering fra investeringsfonden North­East Venture i slutningen af 2019 gjort det muligt for dem at samle Trebo i en gammel plastvirksomhed i Søborg, hvor de nu har kontor og produktionshal.

39

D T U

”Vi rammer et bredere publikum med vores teknologi, bl.a. fordi vi kan sortere plast­sam­men­blandinger med adskillige typer samtidig. Det kan konkurrerende teknologier ikke.” I V Æ R K S Æ T T E R A N D R E A S L E T H B O C K H O F F, T R E B O

Et laboratorium for fremtidens sortering Målet for de to iværksættere er klart. De vil gerne være med til at eliminere alt plastspild hos produktionsvirksomheder. Men selvom de er kommet langt med Trebo, siden de startede i 2016, er der stadig lang vej endnu, vurderer de: ”Vi er jo konstant på et udviklingsstadie, hvor vi skal udvikle os for at få en hurtigere og bedre proces for at opnå en optimal sortering,” siger Andreas Leth Bockhoff. De er i gang med at optimere sorteringsprocessen ved brug af kunstig intelligens, så de kan blive bedre til at forudsige, hvilke parametre der

Med Trebos tekno­ logi kan plastikken genbruges af virk­ somhederne i ste­ det for at blive kørt til forbrænding.

passer til forskellige plastblandinger, og hvordan maskinen indstilles efter det. Derudover arbejder de med billedgenkendelse til at teste kvaliteten af plastikken, så de hele tiden sikrer, at sorteringen er god nok. Udviklingsarbejdet betyder meget for de to iværksættere, men snart håber de også på at kunne lande deres første aftale med en produktionsvirksomhed, der skal have installeret et Trebo-anlæg som en del af deres fabrik. Andreas Leth Bockhoff og Thomas Trebbien kan ikke udtale sig om, hvornår det endelig sker, men de har lagt champagne­ flasken på køl til dagen. www. t reb o . d k


40

F O R S K N I N G

N Y H E D E R

DYNAMO

62

09

20

DTU

Fisk flytter mod nord Nye tilbud til virksomheder Deltag i info-webinar den 24. september og bliv klogere på, hvordan et virksomhedssam­ arbejde med DTU kan tage virksomhedens innovation til

nye højder. Deltagerne bliver introduceret til DTU’s nye eks­ klusive innovationsfællesskab ’Business Hub Partner’, og får en smagsprøve på, hvilke inno­

vations-events og workshops man kan deltage i. Læs mere om info-webinaret og vores partnerskabsmodeller på www.dtu.dk/infowebinar

Hidtil bedste placering på rangliste DTU opnår bedste placering nogensinde på verdensranglisten QS World University Rankings og ligger nu som nr. 103 i verden blandt 1.002 universiteter. Der er tale om et hop på ni pladser op i ranglisten i forhold til sidste års placering. Universiteterne er rangeret i forhold til seks indikatorer, der inddrager aspekter som bl.a. universitetets omdømme, antal citationer per forsker og andelen af internationale forskere og studerende. DTU er bl.a. gået 19 pladser frem på indikatoren ­’Citations per faculty’, som måler på det gennemsnitlige antal af citationer pr. forsker og dermed siger noget om kvaliteten og gennemslagskraften af universitetets forskning. ”Vi er stolte af, at DTU’s forskning i så høj grad når ud i verden og gør en forskel. DTU stiler netop efter at være drivkraft for en bæredygtig global forandring, og det sker ikke mindst i kraft af, at nogle af de dygtigste og mest dedikerede mennesker i verden vælger en karriere på DTU,” siger prorektor Rasmus Larsen.

Pa nth e rMe d ia, Bax Lin dhardt, Colourbox

Ansjoser, hestemakrel og tunge er blandt de fiskearter, som har bevæget sig nordpå og nu kan findes i Nordsøen, Østersøen og farvande vest for Skotland. Det viser en videnskabelig analyse, som er udarbejdet af bl.a. DTU Aqua. Analysen er baseret på op til 30 års overvågningsdata fra det internationale havunder­ søgelsesråd ICES. I alt blev 19 fiskearter fordelt på 73 bestande analyseret. Alle bestandene har flyttet sig i nordlig retning, sand­ synligvis fordi farvandene her er blevet varmere.


P H . D - F O R S K N I N G

VA N D F O R U R E N I N G

DYNAMO

62

09

20

DT U

41

I sit ph.d.-projekt udviklede Bente Højlund Hylde­gaard en unik metode til at fjerne skadelige kemikalier fra grund­ vandet uden at pumpe det op. Arbejdet sendte hende i finalen til Ph.d. Cup 2020. C h rista Visho lt Jø rgensen Mikal S chlo sse r 

B

ente Højlund Hyldegaard står i et anonymt, mørkt lokale på en forurenet industrigrund i udkanten af Skovlunde. Det er ikke det mest spændende sted, men her synes hun, vi skal mødes, for her tilbragte hun i en periode mere tid end i sit hjem i Sorø, mens hun forsøgte at bevise, at man kan bruge strøm til at rense grundvandet for giftige og kræftfremkaldende stoffer. Nogle forsøg kunne tage helt op til 60 timer, hvor hun blev nødt til at holde sig vågen, fordi hun hvert 10. sekund skulle suge gasser ud af forsøgsopstillingen, der mest af alt ligner et gennemsigtigt fodboldbord fyldt med vand fra den forurenede grund og sand fra en grusgrav med lignende geologi. Hendes udholdenhed blev også belønnet, ikke bare med et godt forskningsresultat, som gav hende ph.d.graden, men også med en finaleplads ved DR2’s kåringsshow Ph.d. Cup 2020. Med sin deltagelse håbede hun på at kunne gøre flere opmærksom på problematikken med grundvandet: ”Det er vigtigt at sætte fokus på det forurenede grundvand, fordi det kan være sundhedsskadeligt, og det berører os allesammen, når det ender i vores drikkevand. Og jo længere tid man venter, jo større bliver problemet,” siger hun.

UNG FORSKER RENSER GRUNDVANDET MED STRØM


42

PH . D.- FOR SK NING

Flere mislykkede forsøg betød længere perioder uden søvn, før Bente kunne komme i mål med sine resultater. Men for hende kommer det helt naturligt at være hårdtarbejdende, og hun beskriver sig selv som et konkurrencemenneske, hvilket er en stor fordel som ingeniør, understreger hun: ”Jeg kan godt lide at forbedre og udvikle ting. Og for mig er det af­ gørende, at jeg beskæftiger mig med noget, hvor jeg løser samfundsrelevante problemer på en smart måde. Og jo mere komplekst det er, desto sjovere er udfordringen.” Strøm renser effektivt Bentes ph.d.-projekt gik ud på at påvise, at sundhedsskadelige stoffer kan fjernes ved at sætte strøm til vandførende forurenede jordlag. Metoden gør det muligt at rense grundvandet for klorerede opløsningsmidler gennem kemiske processer, også kaldet elektrokemisk nedbrydning. ”Når man sætter strøm til noget, der har vand i sig, så begynder vandet at blive splittet. Det betegnes elektrolyse og danner bl.a. ilt og brint, som giver nogle forhold, der kan nedbryde forureningen,” siger hun. Samtidig er de elektrokemisk dannede stoffer grundlaget for en kombination af mindst fem forskellige nedbrydningsprocesser for de klorerede opløsningsmidler. På den måde bliver flere stoffer nedbrudt på samme tid. Og det er en langt mere effektiv metode end dem, der bliver brugt i dag, hvor man ofte pumper vandet op af jorden for at rense det. ”Den traditionelle måde at rense forurenet vand på er en langvarig, pladskrævende og omkostningstung proces, der samtidig genererer et nyt forurenet affaldsprodukt. Derudover kan effektiviteten være svingende i forhold til enkeltstoffer i gruppen af klorerede opløsningsmidler,” forklarer Bente Højlund Hyldegaard. Forureningen med klorerede opløsningsmidler er udbredt, og alene i hovedstadsområdet er op til 1.300 grunde kortlagt som forurenet med disse stoffer. Derfor forventer hun, at hendes metode vil have stor nytte, fordi den kan bruges til at rense grundvand i stor skala med lavere

Om ph.d.-projektet Bente Højlund Hyldegaards erhvervs-ph.d. er blevet til i et samarbejde mellem DTU Byg, COWI, Region Hoved­ staden og U.S. Army Corps of Engineers, som alle har en interesse i at finde en mere effektiv metode til at rense grundvand. I 2018 modtog Bente Højlund Hyldegaard det aner­ kendte EliteForsk-rejselegat, som gjorde det muligt for hende at blive en del af Northeastern Universitys anerkendte forsknings­ gruppe ved den prestigefyld­ te enhed PROTECT Super­ fund Research Center, der ledes af professor Akram Alshawabkeh.

omkostninger og på en mere bæredygtig måde. I H.C. Ørsteds fodspor Det krævede ikke kun tålmodighed og udholdenhed i testperioderne, men også hele tre år med talrige forsøg, før Bente nåede frem til de endelige forskningsresultater, bl.a. fordi hendes forsøgsopstillinger gentagne gange blev utætte eller på anden praktisk vis fejlede. Det betød, at hun måtte udskyde sin ph.d. med et halvt år for at få de nødvendige resultater. Men mod-

gangen har også været en afgørende læring, fortæller hun: ”Det var selvfølgelig frustrerende, at jeg først kunne påvise, at metoden virkede, efter tre år, men det har også givet mig en ny viden, hver gang der gik noget galt. Den kan jeg tage med videre. Og for mig gør modgang mit arbejde sjovere, fordi det også er her, jeg lærer mest om mig selv.” Udholdenheden har hun fra sine forældre. De har ikke en universitetsbaggrund, men har arbejdet som selvstændige i deres eget gartneri, og deres


DYNAMO

62

09

20

VA N D F O R U R E N I N G

Hvert tiende sekund i op til 60 timer måtte Bente Højlund Hyldegaard pas­ se sin forsøgs­ opstilling i sit ph.d.-projekt.

06

19

59

12

19

DANMARKS TEKNISKE UNIVERSITET

59 09 19

19

Ny lynhurtig test af fjerkræ

Internet of Things kræver nyt netværk

T J E K A F M ATE M AT I SKE M O DE LLE R :

FORSKERE ØDELÆGGER BETONHUS

V I S PØRGE R KL IMA FORS KE RE N:

SKAL VI DROPPE DE RØDE BØFFER?

TEMA

TRAFIKKEN STÅR STILLE

SÅDAN UNDGÅR VI BILKØERNE DTU – TEKNOLOGI FOR MENNESKER

58

TEMA

dragevindmøller MGO- S KA NDALE N

DERFOR GRÆD VÆGGENE

09

19

DYNAMO SPØRGER OM

Sådan tøjler vi CO2-udslippet

S TA R T U P U D V I K L E R

drug delivery i mikrokapsler G O DE RE SULTATE R :

Verdens umættelige energibehov har ført til rekordhøjt udslip af CO2. Ny teknologi kan mindske det.

DTU – TEKNOLOGI FOR MENNESKER

DANMARKS TEKNISKE UNIVERSITET

ENERGILAGRING I STEN VIRKER

60

03

20

DANMARKS TEKNISKE UNIVERSITET

60

58

03

09

20

19

Ny metode kan afsløre Alzheimers sygdom

Ny teknologi til demente ældre

A B SOLU T BÆREDYGT I GH ED

NATURENS BÆREEVNE SOM MÅLESTOK

S MA RT C ITIE S :

KUNSTIG INTELLIGENS SÆNKER CO2-AFTRYK

TEMA

Ny viden om plastik

TEMA

DYNAMO SPØRGER:

Fusionsenergi

DYNAMO SPØRGER:

Hvornår får vi en hushjælpsrobot?

Udfordringer er der masser af. DTU’s forskere arbejder på løsninger til bæredygtig produktion, genanvendelse og bortskaffelse af det uundværlige materiale.

Er meget fisk meget sundt?

Hvad er de største udfordringer? Hvornår får vi verdens første fusionskraftværk? Hvor stor bliver ITER – verdens største fusionsreaktor? Hvorfor har DTU sin egen tokamak?

S TU DE NTE RINNOVATION:

ELEKT ROM AGN ET I SM E

H.C. ØRSTEDS FANTASTISKE OPDAGELSE

KLIMAVENLIG ROSKILDE FESTIVAL

DTU – TEKNOLOGI FOR MENNESKER

61

06

20

DTU – TEKNOLOGI FOR MENNESKER

DANMARKS TEKNISKE UNIVERSITET

62

09

20

DANMARKS TEKNISKE UNIVERSITET

62 09

6 61 0 03 6

20

20

POSTDOC BENTE HØJLUND HYLDEGAARD, DTU BYG

DTU – TEKNOLOGI FOR MENNESKER

DANMARKS TEKNISKE UNIVERSITET

06

Stor interesse for ny metode Efter Ph.d. Cup 2020, hvor Bente fik præsenteret sin forskning for et bredere publikum, har hun fået mange henvendelser fra virksomheder og andre forskere såvel som interesserede borgere. ”Vandforurening er en problematik, der ikke kun er i Danmark, men mange steder i verden. Og andre lande har også sat penge af til at forske i, hvordan man kan løse problematikken, så der er et stort marked for metoden,” siger Bente. Derfor vil hun også gerne forske videre i at bruge strøm til at fjerne sundhedsskadelige stoffer. Og hun går endda et skridt videre. Lige nu er hun i gang med at søge midler til at forske i, hvordan man kan rense forurenede byggematerialer ved brug af strøm for at øge genanvendelsen af disse og sikre et sundt indeklima. Så i en alder af 31 år har hun allerede drevet sin forskning vidt, men hvor den fører hende hen, er hun ikke helt klar over:

57

57

dedikation ser hun stadig op til den dag i dag. ”Min familie er slet ikke boglige, men de har arbejdet hårdt for det, de har opnået, og den mentalitet har jeg taget med mig videre,” siger hun. I forskerverdenen kan hun ikke komme uden om H.C. Ørsted som et af sine forbilleder: ”Hans opdagelse af elektromagnetismen for 200 år siden er en af forudsætningerne for, at vi har elektrisk strøm i dag. Uden ham ville jeg slet ikke have kunnet udføre mit projekt,” siger hun og griner: ”Eller det havde i hvert fald taget utrolig lang tid, fordi jeg først skulle opfinde strømmen.”

DET BLI’R TIL NOGET

”Det er vigtigt at sætte fokus på det forurenede grundvand, fordi det kan være sundhedsskadeligt, og det berører os allesammen, når det ender i vores drikkevand. Og jo længere tid man venter, jo større bliver problemet.”

43

D T U

Data teleporteret mellem to mikrochips TEMA

FOSSILFRIE BRÆNDSTOFFER Hvordan kan vi fremstille flydende brændstoffer til fly, store skibe og lastbiler i en fossilfri fremtid?

Sådan kan vi bedre udnytte biomassen

CORONA-PANDEMI: FEM PROJEKTER, DER GØR EN FORSKEL

F O R M L E N E R F U N D E T:

TEMA DYNAMO SPØRGER:

Hvor mange satellitter er der plads til? DEPRESSION BEHANDLES MED MAGNETISK STIMULATION

RESISTENTE BAKTERIER

Om forskning, der forhindrer en postantibiotisk æra, hvor vi ikke længere kan behandle infektioner med antibiotika.

NATURENS BRODDE HAR SAMME DESIGN DYNAMO SPØRGER:

Hvorfor skal batterier udvikles hurtigere? STA RT UP -O P F I N DE LSE :

NY TEKNOLOGI TIL PLASTIKSORTERING

FÅ DYNAMO TIL DØREN – HELT GRATIS

Hvis du ikke allerede er abonnent på Dynamo, eller hvis du kender nogen, der kunne tænke sig at få magasinet tilsendt, så husk, at det er ganske gratis.

”Lige nu vil jeg gerne fortsætte i forskersporet, fordi jeg synes, arbejdet er sjovt, udfordrende og ikke mindst vigtigt. Jeg har dog ikke et specifikt karrieremål. I stedet fokuserer jeg på arbejdets indhold og relevans for samfundet.” Bente Hø jl u n d H yl d eg a a rd , p o std o c ,  DTU Byg, b en h o @ b yg . d t u . d k

Send en mail med navn og arbejdseller privatadresse til dynamo@dtu.dk. Så lander magasinet i din postkasse eller på dit skrivebord fire gange om året.

Skriv til dynamo@dtu.dk – og få Dynamo tilsendt.


ZOOM

B A X L I N D H A R D T

DYNAMO

62

09

20

Plastiksortering Ingeniører fra DTU har udviklet en maskine, der sorterer plastikgranulat som på fotoet ved at udnytte plastikkens flydemekaniske egen­skaber. Opfindelsen gør det muligt for virk­somheder at sortere og genbruge deres plastik i stedet for at smide det ud. Idéen har ført til startup-virksomheden Trebo. Læs mere på side 36.

Profile for DTUdk

Dynamo no. 62  

Tema: Resistente bakterier

Dynamo no. 62  

Tema: Resistente bakterier

Profile for dtudk