Tien jaar Graphene Flagship: de resultaten

De afgelopen tien jaar heeft de TU Chalmers (Se) het Graphene Flagship gecoördineerd: het EU–onderzoeksproject naar de mogelijkheden van grafeen. Volgende week vindt de afrondende conferentie plaats, waarin de partijen hun resultaten zullen bespreken. Hier alvast een voorproefje.

In 2010 wonnen de Nederlander Andre Geim en de Russisch-Britse Konstantin Novoselov, die in Nijmegen promoveerde, de Nobelprijs voor de natuurkunde voor hun experimenten waarbij ze het ultralichte en ultradunne materiaal grafeen isoleren. Het was het eerste bekende 2D-materiaal en verbaasde de wereld met zijn ‘uitzonderlijke eigenschappen afkomstig uit de vreemde wereld van de kwantumfysica’, aldus de Nobel Foundation.

Er werden meteen veel mogelijke toepassingen geïdentificeerd voor het elektrisch geleidende, hittebestendige en lichtdoorlatende materiaal.

De Europese Commissie wilde een tienjarig onderzoeksprogramma opstarten om te zorgen dat Europa zijn leidende positie op het gebied van onderzoek en innovatie op grafeen-gebied behield. Chalmers was het materiaal al sinds 2006 aan het onderzoeken en onderzoeksleider Jari Kinaret kreeg de verantwoordelijkheid voor de coördinatie en het bestuur van het Graphene Flagship.

100 producten

Volgens Kinaret zijn er inmiddels 100 producten op weg naar de markt en zal het onderzoeksproject in 2030 zo’n 38.000 banen hebben opgeleverd in Europa. “We liggen goed op koers. Veel van de honderd producten zijn business-to-business-producten die niet iets zijn dat wij gewone consumenten gaan kopen, maar die ons indirect kunnen beïnvloeden. En producten in de toepassingsfase krijgen is een complex proces. Voor een onderzoeker zijn er misschien tien werkende prototypes nodig, voor de industrie tien miljoen. Alles moet op grote schaal op zijn plaats klikken. Alle componenten moeten identiek en op precies dezelfde manier werken, en compatibel zijn met de bestaande productie in de maakindustrie. Je kunt niet een hele fabriek ombouwen voor een nieuw materiaal. Kortom, het vereist betrouwbaarheid, reproduceerbaarheid en maakbaarheid.”

Toepassingen op een groot aantal gebieden

De buitengewone eigenschappen van grafeen worden gebruikt om de volgende generatie technologieën op allerlei gebieden te leveren, zoals sensoren voor zelfrijdende auto’s, geavanceerde batterijen, nieuwe waterzuiveringmethoden en instrumenten voor gebruik in de neurowetenschappen.

Op de vraag of er toepassingen zijn die Kinaret zelf onder de aandacht wil brengen, noemt hij onder meer de toepassingen die in de auto-industrie gaande zijn – zoals sensoren om obstakels voor zelfrijdende auto’s te detecteren. Dankzij grafeen zal de productie ervan zo kosteneffectief zijn dat het mogelijk zal zijn ze in meer dan alleen de duurste automodellen beschikbaar te stellen.

IJs

Hij belicht ook de lucht- en ruimtevaartindustrie, waar voor Airbus een grafeenmateriaal wordt ontwikkeld voor het verwijderen van ijs uit vliegtuig- en helikoptervleugels. Een andere favoriet is de ontwikkeling van een luchtreiniger voor Lufthansa-passagiersvliegtuigen op basis van een soort ‘grafeenschuim’. Omdat dit zeer licht is, kan het extreem snel worden verwarmd: een elektriciteitspuls van een duizendste van een seconde is voldoende om de temperatuur tot 300 graden te verhogen, waardoor micro-organismen worden gedood en de lucht in het vliegtuig wordt gereinigd.

Stroomonderbrekers in schakelapparatuur

Ook noemt hij ABB, dat een grafeencomposiet heeft ontwikkeld voor stroomonderbrekers in schakelapparatuur. Deze stroomonderbrekers worden gebruikt om het elektriciteitsnetwerk te beschermen en moeten veilig in gebruik zijn. Het grafeencomposiet vervangt de handmatige smering van de stroomonderbrekers, wat een aanzienlijke kostenbesparing oplevert.

“We zien ook dat grafeen wordt gebruikt in de medische technologie, maar de toepassing ervan vereist vele jaren van testen en goedkeuring door verschillende instanties. Grafeentechnologie kan bijvoorbeeld de hersenen effectiever in kaart brengen vóór neurochirurgie, omdat het een gedetailleerder beeld oplevert. Een ander aspect van Grafeen is dat het zacht en buigzaam is. Dat betekent dat het kan worden gebruikt voor elektroden die in de hersenen worden geïmplanteerd om trillingen bij Parkinsonpatiënten te behandelen, zonder dat de elektroden littekens veroorzaken.”

De Graphene Week wordt van 4 tot 8 september gehouden in Göteborg, Zweden.