1. Resumé
På det globale marked er danske virksomheders konkurrenceevne i høj grad afhængig af adgang til den nyeste viden om avancerede materialer og den industrielle implementering af nye og innovative materialer. En fortsat højt prioriteret dansk forskningsindsats på materialeområdet skal kobles med et virksomhedsrettet modtageapparat, der kan sikre kvalificeret og effektiv videreudvikling og overførelse af nye materialeløsninger fra forskningsverdenen til industrien.
2. Samfundsudfordringer og/eller muligheder
Evnen til at udnytte de potentialer, som nye materialer og produktionsteknologier giver, bliver til stadighed en mere og mere væsentlig faktor for at sikre danske virksomheders konkurrencedygtighed. Tilgængelig viden, kompetencer og produktrelevant udvikling og infrastruktur er helt nødvendigt for at opretholde dansk produktion og danske produktionsarbejdspladser.
Den globale økonomiske vækst og nye forbrugermarkeder gør ressourcemangel til en reel trussel for vækst. I de kommende år vil man se et endnu stærkere behov for cirkulær ressourceøkonomiske løsninger, der vil blive en egentlig konkurrenceparameter. For at optimere samspillet mellem teknologiske muligheder og nye typer af forretningsmodeller bør der etableres en stærk videnbase fokuseret på, hvordan materialer optimalt indgår i cirkulær ressourceøkonomi.
I USA har Obama-administrationen iværksat ’materials genome initiative’ med det formål at fordoble hastigheden og reducere omkostningerne i forbindelse med at opfinde, udvikle og anvende nye avancerede materialer i industrielle sammenhænge. Tilsvarende fokus i Europa-Kommissionen på avancerede materialers anvendelser er udtrykt i nomineringen af de såkaldte ’key enabling technologies’ (KET’er) og ’Future and Emerging Technology Flagship’ (FET-flagship).
Også den danske produktionsindustri efterlyser nye og direkte anvendelige resultater på materialeområdet (1). Tilsvarende kalder DI materialer for den usynlige vækstfaktor (2). Senest har ATV´(3) givet en lang række anbefalinger til offentlig/privat indsatser for at styrke den materialeteknologiske innovationskæde i Danmark. Behovet for nye produktionsteknologier og behov for nye konkurrencebed-rende materialer og overflader er også dokumenteret gennem kommentarerne på ”BedreInnovation” (4), hvor en række virksomheder, der bredt repræsenterer dansk industri, har udvist interesse for GTS-aktivitetsplaner fokuseret på materialer og overflader.
Følgende områder vurderes at have store vækstpotentialer for dansk industri:
I. Additive manufacturing
Fremkomsten af nye produktionsformer som additive manufacturing skaber en efterspørgsel efter nye produkter, fx personificerede produkter og on-site producerede reservedele, der ikke har været tilgængelige før. Der ligger en stor materialeteknologisk udfordring i at sikre produkter, der både overholder normer og performer optimalt under forarbejdningsforhold, der adskiller sig fra mainstream støbe- og formgivningsteknikker. Endvidere ligger der mange muligheder i at anvende kompositter og andre funktionsoptimerede materialer i 3D printning.
II. Avancerede kompositmaterialer
Forøget levetid er en anden forbrugertrend, man ser inden for fx rørledninger i anlægsindustrien, hvor levetider op til hundrede år begynder at blive muligt. Også på medico-området er der fokus på nye muligheder med in-vivo materialer. Andre brancher vil følge efter, især på kompositmaterialer til energisystemer, energiteknologier, produktionsteknologier, maskinkomponenter, maritim industri, m.fl.
III. Funktionelle overflader
Et stort potentiale ligger i at få flere danske virksomheder fra fremstillingsindustrien til at udvikle nye produkter, hvor specialfremstillede overflader giver en meget høj merværdi. Danmark har en styrkeposition inden for karakterisering og syntese af overflader, fx til emballage, medico, produktionsværktøjer og procesudstyr. Specialdesignede funktionelle overflader finder også i stigende grad anvendelse i højværdiprodukter som audio, video og andre high-tech designløsninger.
IV. Magnetiske materialer
Danmark er Europas næststørste industrielle forbruger af permanente magneter. Denne koncentration af efterspørgsel giver muligheder for sy-nergi til både øget fokus på forskning i nye magnetiske materialer og an-vendelser heraf i nye industrielle segmenter. Firmaer som Grundfos, Danfoss, Mærsk og Siemens Wind Power anvender permanente magneter i stor stil og en øget forskningsindsats kunne dels sikre bedre kandidater, dels føre til nye anvendelsesmuligheder hos dansk industri generelt. Inden for magnetisme er superledning og superledende magneter også et dansk forskningsområde, som skal beholdes aktivt, så virksomhederne sikres adgang til nyeste viden, når teknologierne slår igennem industrielt.
V. Materialer til en cirkulær økonomi
Genbrugsmaterialer er typisk billigere end jomfrueligt materiale. Nye for-retningsområder kan skabes på at udbyde/anvende restprodukter fra egen produktion. For visse materialer – typisk metaller, tekstiler og papir – er værdikæden veletableret, mens den er mindre moden på fx variationen af polymermaterialer. En anden motivation er krav og produktansvarsordninger, hvor nationale regler typisk er afgørende for, om virksomheder skal etablere eller indgå i retake ordninger for produkter. Virksomheder må i så fald opbygge systemer til genbrug, fraktionering, om- eller oparbejdning eller bortskaffelse. Her kan industrielle synergier medvirke til nye forretningsmodeller baseret på tekniske muligheder. Forbedrede egenskaber fx levetidsforlængelse kan give en markedsfordel på visse markeder fx i bygge- og anlægssektoren. En vigtig motivation for især globale virksomheder og produktspecifikke SMV’er er deres grønne profil og fx arbejder Lego, Grundfos, Coca Cola og IKEA strategisk med cirkulære økonomibetragtninger på materialeområdet.
3. Forskningsbehov
Nye direkte implementerbare materialeteknologier er svært tilgængelige for de fleste virksomheder, herunder især SMV. Investeringerne for at opbygge den nødvendige viden, teknologi og pålidelighed samt dokumenterede test heraf er en afgørende barriere for implementering af nye high-tech materialeløsninger. Der er dermed et voksende behov for, at virksomhe-derne sikres adgang til den nyeste state-of-the-art viden og avanceret apparatur, der kan give virksomhederne en international konkurrencefordel i kraft af produkter med et højt teknologiindhold. Dette fordrer, at smart design og intelligente materiale- og overfladeegenskaber sammentænkes med effektiv udnyttelse af materialers egenskaber på nye måder. Herunder er det ekstremt vigtigt, at der er tale om implementering af løsninger og at skalering til industriel produktion indtænkes fra starten. Videnopbygningen skal kobles med en solid (pilot)produktion og materialeteknologisk service- og rådgiverkompetence. Forskning målrettet nye materialer og overflader skal kobles med et industrielt perspektiv, hvor produktionsmodning og op-skalering samt produktvalidering indgår i værdikæden.
Materialeforskningen bør fokusere på syntese af nye materialer/overflader og metoder til at karakterisere, forudsige og forbedre udviklingen af materialeegenskaber under procesforhold, herunder monitorering og modellering. Der er behov for forskning i at skabe materialer med særlig høj performance, fx levetid og styrke, men også for at kunne modellere, karakterisere, og designe disse egenskaber. Endelig er der et fortsat forskningsbehov i at forudsige og karakterisere fejlmekanismer og restlevetider, der kan sikre en nemmere industriel implementering af de nye materialer og teknologier.
4. Forhold vedrørende udmøntning og implementering af forskningsindsatsen
De danske universiteter og videninstitutioner skal sammentænkes i strategiske alliancer, der sikrer danske virksomheder nemmest mulig adgang til den bedst mulige viden. En væsentlig driver for udvikling af nye materialer og overflader er, at den globale konkurrence stiller stadig større krav til produkters holdbarhed og levetid under mere ekstreme betingelser suppleret med krav om genanvendelse og optimering i forhold til fx vægt og pris. Der er en stærkt markedsdrevet efterspørgsel for at arbejde med nye materialer og især et markeds-pull fra problemstillinger, der kan løses gen-nem udvikling af nye funktionsoptimerede overfladebelægningssystemer kombineret med et intelligent valg af basismateriale. Nye overfladeløsnin-ger kan ofte direkte anvendes uden at bryde med industristandarder og traditionel produktionserfaring, da disse normalt tager afsæt i allerede an-vendte bulkmaterialer.
5. Danske forudsætninger
Danmark har stærke kompetencer inden for materiale- og overfladeteknologisk F&U, fx eksemplificeret ved forskningsmiljøerne hos AU (fx iNANO og Ingeniørhøjskolen), DTU og Aalborg Universitet. Ligeledes er der i GTS regi et højt materialeteknologisk videnniveau, specielt med henblik på anvendelse og industrialisering af nye overflader, materialer, teknologier og metoder.
Nye muligheder i nærområdet for test og karakterisering af både materialer og processer ved de større forskningsinfrastrukturer som ESS (Lund, neutroner), MAX-IV (Lund, røntgen) og European-XFEL (Hamburg, røntgen) giver en unik mulighed for Danmark for at etablere et verdensførende miljø inden for materialeteknologi.
Herunder kan særligt nævnes de danske ESS ”fyrtårnsmiljøer”, der skal defineres i efteråret 2016. De stærke forskningsmiljøer inden for materialeområdet skal kobles naturligt med industrielle interesseområder på en balanceret måde, der både sikrer forskningsarbejde i verdensklasse og en modtagerparat industri. Teknologisk Institut kan indgå som et redskab til at bearbejde og videreudvikle de videnskabelige erfaringer fra fyrtårnsmil-jøerne til industrielt relevante muligheder.
De stærke forudsætninger er koblet med en efterspørgsel fra fremstillingsindustrien efter nye innovative og produktionsklare materialer, der kan hjælpe med at løfte virksomhedernes produkter til en internationalt unik klasse og give konkurrencefordele. Således efterspørger både Dansk Industri, ATV og Dansk Metal en prioriteret indsats inden for industrielt relevant materialeteknologi.
Samfundspartnerskabet Fast-Track har til mål at skabe let og hurtig adgang for dansk industri til avancerede materialeteknologier. Fast Track er en Single Point of Contact portal til videnpartnere inden for forsknings- og udviklingsmiljøer hos såvel GTS-nettet, universiteter, industrivirksomheder og højteknologiske netværk.
Materialeområdet er karakteriseret ved omfattende forsknings- og udviklingsaktiviteter hos såvel industrifyrtårne som Siemens, Haldor Topsøe, Danfoss, Grundfos, Lego, Novo og Coloplast blandt nogle samt hos højteknologiske virksomheder som fx Terma. Kombineret med de meget stærke forsknings- og teknologiorganisationer og universiteter på materialeområdet står Danmark derfor i en enestående position til at udnytte en langt større koordineret indsats på materialeområdet end den, vi allerede ser. Med den rivende globale udvikling, der er inden for materiale- og overfladeteknologiske landvindinger er det en forudsætning for dansk industris fortsatte virke, at det høje niveau bibeholdes og udbygges.
6. Mål, effekt og perspektiver
En prioriteret forskningsindsats inden for avancerede materialer og overflader skal i første omgang sikre danske industrivirksomheder adgang til avancerede tests og viden om både materiale- og overfladeegenskaber, produktionsprocesser og kvalitet/pålidelighed – alle nødvendige elementer for at virksomhederne kan implementere nye materialer/overflader i deres produkter.
Nye komponenter og produkter til internationale vækstmarkeder inden for medico, fødevarer, sundhed og energi vil føre til øget vækst og velfærd i Danmark. Forskningsaktiviteterne skal sikre, at der fastholdes en anven-delsesorienteret og videnskabelig basis for virksomhederne.
Der skal derfor etableres primære måleparametre for forskningsindsatsen, der har fokus på den industrielle udnyttelse – dog gerne på langt sigt.
Sekundære mål omfatter uddannelse af kandidater til danske virksomheder samt skabelse af attraktive videnmiljøer, der kan tiltrække både udenlandske forskere/eksperter og få virksomheder til at etablere sig i Danmark.
7. Kontaktperson
Mikkel Agerbæk, Direktør for divisionen Materialer, Teknologisk Institut, 72201890, mag@teknologisk.dk
8. Forslagets prioritering
Forslaget har høj prioritet.
Kilder
- Teknologi- og innovationsfremsyn – Avancerede materialer som Key Enabling Technology for vækst i fremtidens industri, TI 2015.
- DI/DTU materialer og processer for industriel anvendelse, 2012.
- "Materialeforskning som INNOVATIONS- OG VAEKSTMOTOR, ATV marts 2015”.
- http://bedreinnovation.dk/avanceret-materialesubstitution#sthash.DBlOTev1.dpbs, http://bedreinnovation.dk/high-performance-materialer-revolutionerende-produkter-med-nye-materialer#sthash.lXjG4lWj.dpbs