Grafen dla nauki i biznesu

wydany w Ecomanager – 2012-10
  DRUKUJ
Z doktorem Zygmuntem Łuczyńskim, dyrektorem Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych (ITME) w Warszawie, o innowacyjnych możliwościach wykorzystania grafenu rozmawia Barbara Krawczyk
 
Odkrycie właściwości grafenu zostało w 2010 r. nagrodzone Nagrodą Nobla, ale dotychczas tylko jeden ośrodek w Korei uruchomił jego przemysłową produkcję. Naukowcy w ITME również zaproponowali własną technologię wytwarzania grafenu do celów przemysłowych. Czy polski wynalazek ma szansę zrewolucjonizować przemysł i zaistnieć na światowej arenie?
 
Technologia, którą proponuje ITME, dotyczy wytwarzania grafenu przeznaczonego dla przemysłu elektronicznego i różni się ona znacząco od oferowanej w Korei. Polega ona na wytwarzaniu grafenu epitaksjalnego, osadzanego na węgliku krzemu. Stosując epitaksję –metodę powszechnie wykorzystywaną w przemyśle elektronicznym – udało nam się otrzymać grafen wysokiej jakości. Pomysł ten został wysoko oceniony przez czołowy ośrodek analiz światowego rynku nowych technologii w opublikowanym ostatnio raporcie „Future Markets”. Problem polega jednak na tym, że w Polsce nie ma przemysłu elektronicznego, zatem nasz wynalazek może być wykorzystywany tylko poza granicami kraju. Oczywiście technologia została opatentowana, więc liczymy na korzyści z tego tytułu, być może nawet podobne jak w przypadku krzemu. Obecnie w Polsce funkcjonuje tylko jedna fabryka wytwarzająca krzem. Produkcja jest oparta na wykorzystaniu metody opracowanejprzez polskiego chemika, Jana Czochralskiego. Jest to jedna z najpowszechniejszych technik produkcji monokryształów metali i ich stopów na świecie. W ITME prowadzone są również intensywne prace nad grafenem przy zastosowaniu rozmaitych metod chemicznych. Otrzymywany w ten sposób grafen występuje w postaci bardzo cienkich, o grubości pojedynczych warstw atomowych, małych płatków węglowych, które można łączyć z różnymi materiałami. W ten sposób powstają tzw. kompozyty, które ulepszają w pożądanych kierunkach niektóre parametry danego produktu. Należy więc oczekiwać, że w Polsce grafen będzie wykorzystywany tylko w specjalistycznych kompozytach.
 
Zatem grafen otrzymywany w proponowany przez ITME sposób otwiera nowe możliwości wykorzystania go w wielu dziedzinach. Czy zakres potencjalnych jego zastosowań obejmuje również rozwiązania służące efektywności energetycznej i ochronie środowiska?
 
Grafen bardzo dobrze przewodzi ładunki elektryczne, wobec tego można go wykorzystać w energetyce, by zwiększyć efektywność przewodzenia elektryczności. W tym celu rozpoczęliśmy współpracę z Polskimi Sieciami Elektroenergetycznymi (PSE). Wspólnie staramy się opracować metodę, która pozwoli poprawić sprawność przesyłu energii. Dzięki temu, że grafen ma wysoki współczynnik przewodzenia ciepła, może on odpowiednim kompozytom nadawać własność dobrego odprowadzania ciepła. W ten sposób dążymy do efektywniejszego wykorzystania energii, co niewątpliwie służy ochronie środowiska. Z kolei trochę wybiegając w przyszłość, wspomnę też o innej branży – lotnictwie, gdzie grafen może znaleźć zastosowanie. Odpowiednio dobrane kompozyty, wykorzystane do budowy poszycia konstrukcji samolotu mogą zredukować jego ciężar. W konsekwencji nastąpi zmniejszenie zużycia paliwa, co z całą pewnością przełoży się na wzrost efektywności energetycznej.
 
Wspomniał Pan o współpracy z PSE. Czy przedstawiciele innych gałęzi przemysłu są również zainteresowani tym produktem? Jak zamierzają Państwo pozyskać ewentualnych inwestorów?
 
Mając na uwadze moje dotychczasowe doświadczenie wynikające ze współpracy z branżą przemysłową, odnoszę wrażenie, że polski przemysł wykazuje spore zainteresowanie technologiami grafenowymi. Bardzo często spontanicznie zgłaszają się do nas przedstawiciele rozmaitych firm, zarówno małych, jak i dużych, prywatnych oraz państwowych. 
Najczęściej zwracają się do nas z pytaniem, w którym obszarze ich działalności można wykorzystać ten cenny produkt. Dużym przedsięwzięciem, które obecnie rozpoczynamy, jest współpraca z Grupą Azoty Tarnów, specjalizującą się w produkcji nawozów sztucznych i tworzyw sztucznych. Wspólnie prowadzimy rozmowy o możliwości uruchomienia na wielką skalę produkcji grafenu i zawierających go kompozytów do rozmaitych zastosowań. Wśród mniejszych firm, zainteresowanych współpracą z naszym ośrodkiem, są te, które specjalizują się w wytwarzaniu produktów przeznaczonych dla przemysłu elektroenergetycznego. W obszarze nawiązywania współpracy z przedsiębiorstwami ostatnio bardzo aktywna jest też Agencja Rozwoju Przemysłu. Dzięki podejmowanym inicjatywom intensywnie przyczynia się ona do upowszechnienia technologii grafenowych. Wśród zainteresowanych współpracą z ITME są też banki, np. Bank Gospodarstwa Krajowego.
 
Grafen to szansa na wdrożenie innowacyjnych rozwiązań, opartych na wykorzystaniu tego produktu, a tym samym na zwiększenie konkurencyjności polskiej gospodarki. Czy przystąpienie do programu GRAF-TECH wzmocni współpracę między nauką a biznesem w Polsce?
 
Niewątpliwie tak. Program GRAF-TECH jest ewenementem w naszym kraju. To konkurs na projekty badawczo-rozwojowe i dotyczy tych, które mają sprzyjać rozwojowi gospodarki. W przyjętych regułach założono udział przedsiębiorstw przemysłowych w jego realizacji. Obecne projekty w ramach programu GRAF-TECH wdrażane są przez przedsiębiorstwa produkcyjne oraz rozmaite placówki naukowe, m.in. instytuty badawcze, wyższe uczelnie oraz Polską Akademię Nauk. Jeżeli inicjatywa tego typu odniesie sukces, to będzie stanowiła dobry model współpracy między nauką a biznesem w Polsce. Analogiczne projekty, powiązane z innowacyjnymi technologiami, ale inicjowane na rzecz szybkiego wdrożenia w gospodarkę, są realizowane w Wielkiej Brytanii i Niemczech. Obecnie planowany jest też podobny, lecz na znacznie większą skalę, projekt europejski.
 
Wywiad przeprowadzono 10 sierpnia 2012 r.
 
 
Jak wykorzystać potencjał grafenu?
 
Witold Szczypiński,
wiceprezes Zarządu,Grupa Azoty Tarnów
 
Jednym z elementów długotrwałej współpracy zawiązanej pomiędzy Grupą Azoty Tarnów a Instytutem Technologii Materiałów Elektronicznych (ITME) z Warszawy jest opracowanie sposobu produkcji grafenu płatkowego oraz tworzyw sztucznych z jego dodatkiem. W obszarze zainteresowania Grupy Azoty Tarnów znajduje się uruchomienie wytwarzania grafenu o takich właściwościach fizykochemicznych, które umożliwią jego wykorzystanie w bardzo szerokim zakresie aplikacji. Wśród nich znajduje się m.in. sektor kompozytów. Wiele firm prowadzi obecnie prace nad przemysłowym zastosowaniem grafenu w produkcji kompozytów z różnymi materiałami, np. polimerami, metalami i ceramiką. Prognozuje się, że w perspektywie kilku kolejnych lat, zapotrzebowanie na tego typu zastosowania znacząco zwiększy się. Grupa Azoty Tarnów zamierza również opracować i wdrożyć produkcję innowacyjnych tworzyw z dodatkiem grafenu. W przypadku jego zastosowania jako dodatku do polimerów, podstawowym wyzwaniem będzie opracowanie technologii jego homogenicznego rozproszenia w macierzy polimerowej. Badania prowadzone we współpracy z ITME będą obejmowały optymalizację funkcjonalizacji grafenu w celu zastosowania w kompozytach z tworzywami sztucznymi. Dzięki rozbudowanemu zapleczu badawczemu w Tarnowie każde nowe rozwiązanie będzie na bieżąco analizowane pod względem aplikacyjnym. Innowacyjne tworzywa z dodatkiem tego nanonapełniacza będą mogły znaleźć zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. W zależności od właściwości użytego grafenu kompozytom będzie można nadać rozmaite właściwości. Tego typu tworzywa mogą znaleźć zastosowanie w elektronice, gdzie wykorzystuje się zarówno poprawę ich przewodnictwa elektrycznego (polimer z dodatkiem grafenu eksfoliowanego), jak i właściwości izolacyjnych (kompozyt z tlenkiem grafenu). Użycie kompozytów polimer-grafen w przemyśle motoryzacyjnym i lotnictwie pozwoli na obniżenie wagi pojazdów i samolotów, co umożliwi redukcję zużycia paliwa, przy jednoczesnym zwiększeniu wytrzymałości elementów. Ponadto właściwości barierowe i wzrost przewodnictwa oraz wytrzymałości, uzyskane po dodaniu tego cennego produktu, mogą być wykorzystane w produkcji powłok i farb. Kompozyty tego typu są także pożądane w medycynie i przemyśle zbrojeniowym.
 
Pełna wersja artykułu, zawierająca film wideo, jest dostępna tutaj

Ten artykuł jest dostępny dla wszystkich

Z prenumeratą cyfrową lub papierową uzyskasz
bezpłatny dostęp do wszystkich treści.

Sprawdź ofertę prenumeraty

Zaloguj się  |  Prenumerujesz? – otrzymaj dostęp

comments powered by Disqus