Czy projekt flagowy UE dotyczący grafenu osiągnął swoje 10-letnie cele?

Wiosną 2010 roku fizyk Jari Kinaret otrzymał e-mail od Komisji Europejskiej. Władze wykonawcze UE szukały propozycji od naukowców dotyczących nowych ambitnych megaprojektów. Inicjatywy te, znane jako projekty przewodnie, miały skupiać się na innowacjach, które mogłyby zmienić naukowy i przemysłowy krajobraz Europy. 

Kinaret, profesor na Chalmers University of Technology w Szwecji, zbadał wstępne propozycje.

„Nie byłem pod wielkim wrażeniem” – mówi TNW 60-latek. „Myślałem, że mogą znaleźć lepsze pomysły”.

Tak się złożyło, że Kinaret miał własny pomysł: hodowanie grafenu. Postanowił zgłosić ten temat do rozpatrzenia

Ta propozycja położyła podwaliny pod Graphene Flagship: największy w historii europejski program badawczy. Uruchomiony w 2013 roku z budżetem 1 mld euro projekt miał na celu wprowadzenie „cudownego materiału” do głównego nurtu w ciągu 10 lat.

W przeddzień tego terminu TNW rozmawiało z Kinaretem o postępach projektu w ciągu ostatniej dekady – i jego nadziejach na kolejną.

Grafen dociera do Europy

Naukowcy poszukiwali pojedynczych arkuszy atomów węgla, które tworzą grafen od 1859 roku, ale jego istnienie zostało potwierdzone dopiero w 2004 roku. Wielki przełom nastąpił dzięki uderzająco prostemu produktowi: taśmie klejącej.

Andre Geim i Konstantin Novoselov, dwaj fizycy z Uniwersytetu w Manchesterze, regularnie organizowali „piątkowe eksperymenty nocne”, podczas których badali zaskakujące pomysły.  Podczas jednej z takich sesji użyto taśmy klejącej, aby wydobyć drobne płatki z bryły grafitu. Po wielokrotnym oddzielaniu najcieńszych fragmentów udało się stworzyć płatki o grubości zaledwie jednego atomu. 

Naukowcy wyizolowali grafen – pierwszy dwuwymiarowy materiał, jaki kiedykolwiek odkryto.

The researchers donated their graphite, tape and graphene transistor to the Nobel Museum

Świat nauki był podekscytowany. Grafen był najcieńszym znanym materiałem we wszechświecie, najmocniejszym, jaki kiedykolwiek zmierzono, bardziej elastycznym niż guma i lepiej przewodzącym prąd niż miedź. 

W 2010 roku Geim i Novoselov otrzymali za swoje odkrycie Nagrodę Nobla. Komitet przyznający nagrodę przewidział nieskończoną ilość zastosowań: ekrany dotykowe, panele świetlne, ogniwa słoneczne, satelity, meteorologia i, err, praktycznie niewidzialne hamaki dla kotów.

A hypothetical hammock measuring 1m2 made from graphene would thus weigh 0.77 mg. In our 1 m2 hammock tied between two trees you could place a weight of approximately 4 kg before it would break.

Kinaret dostrzegł potencjał. Trzy lata później stanął na czele unijnej inicjatywy mającej na celu przeniesienie grafenu z laboratorium na rynek.

Szum informacyjny a rzeczywistość

Komercjalizacja grafenu nigdy nie była prosta. Badania wskazują, że ewolucja innowacji od wynalazku do produktu o znaczącym udziale w rynku trwa zazwyczaj od pięciu do siedmiu dekad. Ewolucja będzie powolna – ale obserwatorzy byli już zniecierpliwieni.

Jako dyrektor Okręgu Flagowego, Kinaret musiał radzić sobie z tak wielkimi oczekiwaniami. Podczas rozmów często odwoływał się do cyklu koniunkturalnego Gartnera, przedstawiającego rozwój nowych technologii.

Oś czasu zaczyna się od przełomu, który wywołuje ekscytację mediów. W przypadku grafenu dziennikarze szybko zaczęli twierdzić, że materiał ten zastąpi krzem.

„Grafen nie może zastąpić krzemu” – mówi Kinaret. „Grafen jest półmetalem; nie jest półprzewodnikiem”.

Kiedy rzeczywistość nie spełnia tak rozdmuchanych oczekiwań, zainteresowanie słabnie, a inwestycje się kurczą. Gartner opisuje ten etap jako „koryto rozczarowania”. Wydaje się, że grafen wyszedł z tego niebezpiecznego okresu, częściowo dzięki długoterminowemu zaangażowaniu UE. 

Zwolennicy, którzy pozostali, są zazwyczaj bardziej praktyczni i wytrwali. Teraz ich celem jest przyjęcie się w głównym nurcie.

„TO JEST COŚ, CO OBIECALIŚMY – I SPEŁNILIŚMY.

Początkowo wielu partnerów komercyjnych było oszczędnych w swoich inwestycjach. Jedna z bardzo dużych europejskich firm dysponowała budżetem w wysokości zaledwie 20 000 euro na 30 miesięcy – „wystarczyło to na zakup kawy dla osób pracujących nad projektem, ale nie na tyle, by zrobić cokolwiek istotnego” – wspomina Kinaret.

Aby zwiększyć zaangażowanie, Flagship potrzebował ich zaufania, co stanowiło wyzwanie, ponieważ konkurencyjne marki musiałyby współpracować. Nokia na przykład musiałaby współpracować z firmą Ericsson.

„Jednym z wymiarów zaufania, którego ludzie potrzebowali, było zaufanie, że to jest na serio” – mówi Kinaret. „Drugim jest to, że uczestnicy musieli ufać sobie nawzajem”.

Obecne członkostwo okrętu flagowego sugeruje, że zaufanie zostało już zapewnione. Udział firm wzrósł z 15% do około 50% obecnie. Druga połowa to organizacje badawcze lub uniwersytety. 

Kinaret opisuje wzrost zaangażowania przemysłu jako kluczowy rozwój Flagowca.

„To coś, co obiecaliśmy i co udało nam się zrealizować” – mówi.

Z laboratorium do fabryki

W ramach projektu Graphene Flagship powstało około 100 produktów. Zdecydowana większość z nich to technologie dla biznesu, takie jak powłoki termiczne dla samochodów wyścigowych i ekologiczne opakowania dla urządzeń elektronicznych. Produkty konsumenckie były wolniej komercjalizowane.

Kinaret zwraca uwagę na kilka swoich ulubionych. Jednym z nich jest Qurv, hiszpański oddział firmy, który produkuje czujniki na bazie grafenu, które mogą być wykorzystywane przez samochody do wykrywania pieszych we mgle i deszczu.

„Istnieją dziś detektory, które robią to samo, ale mogą kosztować około 500 dolarów każdy”, mówi Kinaret. „Detektory grafenowe mogłyby kosztować około 1 dolara za sztukę. To byłby całkowity game changer w tym biznesie”.

Qurv's wide-spectrum image sensors could enhance computer vision.

Kolejną atrakcją dla Kinaretu jest Inbrain Neuroelectronics. Startup ten opracowuje oparte na grafenie implanty, które mogą monitorować sygnały z mózgu i leczyć zaburzenia neurologiczne.

Urządzenia te mogłyby ostatecznie stymulować mózg, aby kontrolować drżenie spowodowane chorobą Parkinsona. Tradycyjne elektrody mogą to osiągnąć, ale są znacznie sztywniejsze niż wysoce elastyczny grafen.

„Mózg jest jak bryła galarety – ciągle się porusza” – mówi Kinaret. „Jeśli umieścisz tam sztywną elektrodę, skutkuje to tworzeniem się blizn”.

Kinaret jest również podekscytowany perspektywami dla nauki fundamentalnej. W 2018 roku partnerzy Graphene Flagship ujawnili, że ponad 2000 materiałów może istnieć w formie 2D. Nie wszystkie z nich są stabilne, ale wiele z nich jest przedmiotem aktywnych badań. 

„MOŻNA STWORZYĆ MATERIAŁY NADPRZEWODZĄCE.

Niektórzy naukowcy badają, co można osiągnąć poprzez układanie substancji w wielowarstwowe warstwy.

„Można je hodować tak, że istnieje bardzo specyficzny kąt skrętu między różnymi warstwami, co oznacza, że są one nieco źle ustawione. Ten kąt niewspółosiowości jest bardzo ważnym nowym parametrem” – mówi Kinaret.

„Dostosowując ten kąt, można stworzyć materiały, które są nadprzewodzące i mają bardzo interesujące właściwości optyczne. Badania w tym zakresie trwają dopiero od około czterech lat i wciąż daleko nam do zastosowań. Ale oferuje interesujące możliwości na przyszłość”.

Misja zakończona?

Kinaret jest dumny z osiągnięć okrętu flagowego. Uważa, że inicjatywa przekroczyła swoje cele ze znacznym marginesem.

Dane zdają się potwierdzać jego twierdzenia. Komisja Europejska dąży do tego, by każde zainwestowane 10 mln euro zamieniło się w jeden wniosek patentowy. Okręt flagowy, mówi Kinaret, ma ponad 10 razy więcej niż ten wymóg. Cele dotyczące publikacji naukowych, dodaje, zostały przekroczone o podobny współczynnik.

Kinaret's research is motivated by potential applications.

Nadal istnieją wyzwania, którym trzeba sprostać. Na przykład w elektronice wysokiej jakości grafen musi zostać przeniesiony z podłoża, na którym został wyhodowany, na układ, w którym zostanie wykorzystany. Flagship potrafi to zrobić dobrze ręcznie, ale zautomatyzowanie procesu na skalę przemysłową okazało się trudniejsze.

Mimo to Kinaret przypomina zespołowi, że powinni zachować pozytywne nastawienie. 

„Inżynierowie są zazwyczaj krótkoterminowymi optymistami i długoterminowymi pesymistami” – mówi. „Oczekują, że postęp będzie początkowo znacznie szybszy, niż się okazuje, ale ostatecznie nie doceniają wpływu nowych technologii”.

W przyszłości Kinaret spodziewa się, że Europa stanie się grafenową potęgą. Okręt flagowy dał kontynentowi przewagę nad USA w wyścigu w kierunku głównego nurtu.

Przyznaje jednak, że laicy wciąż pytają, czym jest i co może zrobić grafen.

„Jeśli dojdziemy do sytuacji, w której zdziwione 'co?’ zostało zastąpione przez 'więc co?’, ponieważ stał się wszechobecny lub mainstreamowy… wtedy nam się uda”.

Zostaw komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany. Wymagane pola są oznaczone *

Scroll to Top