De fleste har vel opplevd at det til tross for store investeringer i kostbart yttertøy med fancy membranteknologi, har det blitt ganske fuktig på kroppen. Spesielt i kaldt vær. Da virker ikke membrantekstilene de som de skal. Det er jo en nedtur for nordmenn som gjerne vil trene hardt på ski i kuldegrader.
Men det er håp: Den moderne ytterbekledningen er underveis.
En jakke med milliarder av små vannpumper på ryggflaten som flytter vanndamp fra svette overkropper ut i den frie natur.
Dette er ikke magi. Det er elektroosmose.
Den jobber ikke av seg selv, så denne jakka er batteridrevet. Når det er sagt, er batteriet knøttlite. For å drive de to elektroosmotiske elementene på 0,12 m2 trengs det bare en strøm på 10 mA og en spenning på 0,5 volt. Et 3,7 volt ladbart litiumionebatteri på 650 mAh, bare 20 prosent av det vi finner i mange mobiler, holder til temmelig mange timer på ski.
Den nye jakka kommer til høsten under merket Kjus. Lasse Kjus har som andre toppidrettsutøvere etablert sitt eget klesmerke. Billig blir den ikke. Kjus-jakker er kostbare fra før, og denne vil nok ligge hakket over resten av kolleksjonen.
Men mange membranjakker, med tvilsom virking, ligger ikke langt bak i pris, så om denne holder hva den lover, kan den bli en hit blant skientusiaster.
Lang historie
Som så mange oppfinnelser ligger denne langt tilbake i tid. Helt tilbake til 1998.
Det var sjefen for ullvarefabrikken IRIS i Bergen, Trond Eidnes, som mente det burde finnes en bedre metode for å flytte fuktigheten fra kroppen ut i det fri. Han kontaktet Institutt for fysikalsk kjemi ved NTNU i håp om å finne en løsning på problemet at vanntransporten alltid stopper opp i ytterbekledningen.
Selv skalljakker laget av fancy nye membraner lovet mye mer enn de holdt. Det hjalp ikke hvor godt hans ulltrøyer transporterte fukten. Der stoppet den, og folk ble våte av svette.
Eidnes hadde hørt om bruk av elektroosmose i betongbygninger, og oppgaven, som havnet hos prof. dr. Signe Kjelstrup, ble til en sommerjobb for NTNU-studenten Trond Heldal. Det var et godt valg, for Heldal jobbet med membraner i brenselceller ved Institutt for fysikalsk kjemi.
Det skulle bli mer enn en sommerjobb. I dette tilfellet ble det en karriere fra den gangen og frem til i dag.
- Hjelper landslaget: Felix har doktorgrad i friksjonen mellom ski og snø
Etablerte selskapet
Allerede i 2000 ble det norske selskapet Osmotex AS stiftet med formål å utvikle teknologi for elektroosmotisk vanntransport, inkludert mikropumper til f.eks. medisinske og mikromekaniske formål, og til tekstiler.
I 2004 ble det etablert et tett samarbeid med det sveitsiske forskningsinstituttet CSEM, og i 2008 ble det besluttet å legge forskning- og utviklingsaktiviteten til CSEM og Sveits. Osmotex AG ble stiftet på grunnlag av innholdet i norske Osmotex og en investering fra et sveitsisk teknologifond. I 2012 begynte Osmotex å selge elektroosmotiske mikropumper, og i 2015 besluttet de at det var på tide å levere på originalideen, tekstiler.
Heldals arbeid med tekstiler er nå på vei til markedet, 20 år etter at forskningsaktiviteten hans startet.
Mikropumper
I motsetning til jakker laget av ulike passive membraner, som transporterer fuktighet gjennom tekstilet basert på forskjellene i damptrykk og temperaturen på begge sider, er det ikke noe passivt med den nye HYDRO_BOT-membranen.
Her kan man kontrollere fukttransporten elektronisk og uavhengig av klima. Under labforsøk har man vist at man kan oppnå over 200 liter i timen per kvadratmeter, men det er selvsagt langt unna behovene til en turgåer om vinteren.
- Verdens mest avanserte testlab: Idrettsingeniørene skal gjøre Sverige best på ski
Tre lag
Den aktive membranen er bygget opp av tre lag. I midten sitter en porøs polymermembran med flere hundre milliarder porer per m2. Den er konstruert med overflateegenskaper som gir en negativ ladning når den kommer i kontakt med vann. Nær poreveggene oppstår det da et noen nm tykt sjikt med positive ioner som kompenserer den negative ladningen.
Dette kalles det elektriske dobbeltlag, og er grunnlaget for de elektrokinetiske effektene i membranen.
På hver side av membranen er det laminert fast et elektrisk ledende tekstil, og det er disse som fungerer som elektroder. Når det settes en spenning mellom disse elektrodelagene oppstår det også en spenning på hver side av porene. Det setter de positive ionene langs poreveggen i bevegelse.
Siden vannmolekyler er polare, det vil si positive i den ene enden og negative i den andre, vil de positive ionene i poreveggen transportere vannmolekyler i samme retning. Det oppstår altså en pumpeeffekt, og fordi vannet er viskøst trekkes det mer vann gjennom porene. Når porene er små kan de transportere vannet i dampform.
Når HYDRO_BOT-membranen er montert i en jakke, medfører det at fukten «tvinges» fra innsiden av jakka og ut i luften.
– Det ligger mange års forskning og utvikling bak resultatene vi har nå. Vi har utviklet membranet slik at det er effektivt selv om det utsettes for et bredt område av saltkonsentrasjoner og forurensninger. Vi har også måttet utvikle tekstilelektroder som kan levere strøm og spenning på svært lave nivåer. Det har vært viktig for å redusere strømforbruket til et minimum og unngå elektrolyseeffekter. Dessuten må det se ut og føles som et vanlig tekstil og det hele må ha et avansert elektronisk styringssystem, sier Heldal som er sjef for forskning, utvikling og drift i selskapet.
- Oppløftende testresultater
– Jeg og andre har felttestet jakken, og resultatene er bedre enn vi kunne håpe. Alpinjakken gir en svært høy komfort i bruksområdet sitt. Jeg har brukt den i minus 15 grader på lange anstrengende turer. Normalt ville jeg da ha vært temmelig svett om jeg hadde brukt en vanlig skalljakke med den tradisjonelle membranteknologien, men de nye elektroosmotiske membranene blir kvitt det meste av fuktigheten. Selv om de sitter i området øverst i rygget danner det seg et mikroklima under ytterjakken fordi under- og mellombekledning ganske effektivt flytter fuktigheten rundt under skallet. Derfor tørker de elektroosmotiske membranene opp et mye større område enn bare i ryggregionen, sier styreformann og adm. dir. i Osmotex, Joacim Holter.
Han forteller også at effekten også holder seg innendørs hvor skalljakker kan bli temmelig fuktige inni. Brukerne merker forskjell om de beveger seg med ytterbekledning innendørs, i bilen og i skiheisen.
Bare starten
Ytterjakker er bare starten av det Osmotex ser for seg av mange anvendelser. Teknologien er en effektiv måte å flytte fuktighet på, enten det dreier seg om bekledning, behandling av liggesår eller å sørge for at kritisk elektronikk ikke blir utsatt for korrosjon.
Sammen med jakken har selskapet utviklet en app som kan kommunisere med elektronikken i jakken via bluetooth. Det gjør at effekten kan kontrolleres, men det åpner også for å bruke jakken som en plattform for smarte klær. Det er et vell av muligheter fremover til å bygge ulike sensorer inn i klær, tor Heldal.
– Den tradisjonelle bekledningen mot regn er jo det vi kaller oljeklær, selv om de er fremstilt av polymerer i dag. De er helt tette, og da blir all svetten fanget inne i klærne. Jeg tror vi kan utvikle slik bekledning med HYDRO_BOT-membraner som vil holde fiskere og andre utsatte yrkesgrupper tørre, sier Heldal.
– Osmotex er nå et teknologiselskap som eier patentrettighetene og videreutvikler teknologien. Selv om selskapet er etablert med forskning og utvikling i Sveits, har vi også en avdeling i Bergen og 65 prosent av kapitalbasen vår er norsk, sier Holter.
- Orientering og teknologi: Her er idrettens lyseste hoder
