O autorze
techBrainers to broker innowacji, którego trzon stanowi interdyscyplinarny zespół specjalistów w dziedzinie R&D. techBrainers pomaga naukowcom być bardziej przedsiębiorczym, a przedsiębiorstwom odkryć potencjał drzemiący w nauce. Zrzesza najlepszych ekspertów od innowacyjności z kraju i ze świata, proponując przedsiębiorstwom scouting technologiczny oraz audyt innowacyjności, a także kreując wydarzenia, służące crossbranżowej wymianie doświadczeń w obszarze trendów technologicznych i narzędzi R&D.

Grafen – dla przedsiębiorców z wizją

Prof. Piotr Kula, Prorektor ds. Innowacji Politechniki Łódzkiej, współzałożyciel Advanced Graphene Products
Prof. Piotr Kula, Prorektor ds. Innowacji Politechniki Łódzkiej, współzałożyciel Advanced Graphene Products Zrzut ekranu_YouTube/CM PŁ
Jest 100 razy mocniejszy od stali, 300 razy wytrzymalszy na rozciąganie niż stal, 200 razy szybciej przewodzący prąd niż krzem, 10 razy lepiej przewodzący ciepło niż miedź czy srebro i 1 mln razy cieńszy niż kartka papieru. Grafen - super materiał, którym zachwycił się świat. Tylko co z tego? techBrainers zapytał o to Prof. Piotra Kulę, zwanego "ojcem" polskiego grafenu.

Izabela Marczak: Tyle się mówi o grafenie, że trochę nam te newsy już jakoś spowszedniały. Na forach internetowych nie brakuje sceptycznych komentarzy pod każdym tekstem o tym cudownym materiale. Internauci pytają: „dlaczego skoro jest tak dobrze, to jest tak źle?, „dlaczego tyle się o grafenie mówi, a jego wykorzystania nie widać?”.



Prof. Piotr Kula: Główny problem z grafenem jest taki, że praktycznie dobrej jakości grafen jest na wagę złota. Kiedy kilka lat temu szukałem materiału do badań, ściągałem grafen z różnych stron świata, inwestując w to duże pieniądze i… nie znalazłem.

Ale jak to, przecież z dostępem do grafitu na przykład nie ma takiego problemu, a ten to właściwie nic innego, jak stos ułożonych na siebie warstw grafenu. Poza tym słyszałam, że są też inne metody uzyskiwania grafenu np. z węglika krzemu.

Owszem, tyle że metody odzyskiwania grafenu z grafitu sprawiają, że występuje on jako surowiec, w formie małych rozdrobnionych płytek. W materiale takim jest więcej węglowego pyłu niż grafenu. Stopień zanieczyszczenia takiego materiału jest tak duży, że odzyskanie właściwego surowca, jest nieopłacalne, tym bardziej, jeśli myślimy jak my, o produkcji grafenu na skalę przemysłową.

Skoro nigdzie nie znalazł Pan dobrej jakości grafenu, to skąd pan go wziął, żeby w końcu uzyskać, to o czym teraz mówi cała Polska i czym zachwyca się świat – grafen wielkopowierzchniowy HSMG (High Strength Metallurgical Graphene)?

Postanowiłem sam go stworzyć.

Jak?

Wraz z zespołem naukowców z Politechniki Łódzkiej udało nam się odkryć możliwości zarodkowania i wzrostu grafenu na ciekłym podłożu, a konkretnie na doprowadzonej do stanu płynnego miedzi. To pozwoliło nam uzyskać grafen, bardzo wysokiej jakości, wartościami najbardziej zbliżony do grafenu teoretycznego czyli tego, za który w 2010 r. Andriej Gejm i Konstantin Nowosiołow otrzymali Nagrodę Nobla.

Im się udało już uzyskać grafen idealny, więc w czym problem?

W skali. Im się udało opisać właściwości grafenu w skali mikro. My natomiast, chcąc wykorzystać znakomite cechy tego materiału do produkcji przemysłowej, musieliśmy uzyskać materiał w skali makro. Kiedy mówimy o makro, okazuje się, że uzyskanie w tej skali naprawdę dobrej jakości produktu nie jest już takie proste. Choć nam się to udało. Dziś jesteśmy w stanie produkować grafen na potrzeby półprzemysłowe, w płachtach o wielkości 1 m 2. Ale żeby mówić o skali przemysłowej musielibyśmy móc produkować minimum 15, 20 m 2 dziennie, tak by gdy ktoś zamówi u nas 100 m grafenu nie czekał na realizację zgłoszenia całe wieki. Dążymy do tego, ale oczywiście ogranicza nas budżet.

Mimo grantu NCBR-u w wysokości prawie 5 mln złotych?

W napoleońskich czasach pytano: „dlaczego miasto się poddało?”. Miasto poddało się, bo nie było armat. W kwestii innowacji w Polsce można powiedzieć to samo. Grant, jaki otrzymaliśmy, faktycznie posunął nieco nasze prace nad grafenem do przodu, ale proszę mi wierzyć, że to kropla w morzu potrzeb, jeśli planuje się wyjść z polskim grafenem w świat. W ramach programu GrafTech Narodowe Centrum Badań i Rozwoju przyznało w sumie granty na kwotę 60 mln zł. Problem w tym, że te pieniądze zostały rozproszone, trafiając do instytucji, które nie były w stanie dokonać istotnych osiągnięć badawczych,. Dlatego według mnie sprawą nadrzędną teraz jest selekcja instytucji, ośrodków, które mają szansę prężnie posuwać się do przodu w pracach nad omawianym materiałem przyszłości, od tych, które co najwyżej mogą się pokusić o badania przyczynkowe. Inaczej możemy pogrzebać swoją szansę na bycie konkurencyjnym grafenowo państwem na światowych rynkach.

Zespół naukowców Instytutu Inżynierii Materiałowej Politechniki Łódzkiej pod pana kierownictwem opracował urządzenie do produkcji grafenu na skalę przemysłową metodą metalurgiczną. Często o tym osiągnięciu mówi się, jak o czymś zupełnie pionierskim, a przecież grafen wielkopowierzchniowy CVD wytworzono już wcześniej?

Co więcej produkcja CVD jest technicznie tańsza niż nasza. Rzecz w tym, że jakość naszego grafenu jest nieporównywalnie wyższa. Nasz grafen jest monokrystaliczny, doskonale płaski, uzyskuje pięć razy lepsze rezultaty w testach na rozciąganie w porównaniu z grafenem CVD, można go łatwo wielokrotnie transferować na różne podłoża i nie odkształca się pod wpływem obciążeń termicznych. To najwyższej jakości grafen, a taki jak mówią, ceny się nie boi. I choć koszt produkcji naszego grafenu na razie jest wysoki, kupują go już od nas laboratoria badawcze. Gdybyśmy jednak zaczęli go produkować na skalę przemysłową, z pewnością i cena poszłaby w dół.

Żeby promować i lokować na rynku światowym polski grafen założył pan w 2012 r. spółkę nanotechnologiczną Advanced Graphene Products, która ze środków niepublicznych podejmuje działania na rzecz wdrożenia grafenu w przemyśle.

AGP jest spółką spin-off Politechniki Łódzkiej, a ja jednym z jej założycieli, który twierdził i twierdzi, że uczelnia nie jest od tego, aby coś produkować, ale żeby prowadzić badania. Dlatego powstanie spółki, która sprawiłaby, że dokonania naukowców zobaczą światło dzienne, było kolejnym i jak dla mnie oczywistym krokiem, który należało zrobić, żeby ruszyć z miejsca.

Wydaje się, że w obszarze innowacji, żeby wymieść konkurencję trzeba dużo więcej. Mówi się raczej o konsolidacji sił wielu instytutów, spółek i ośrodków badawczych.

My to rozumiemy i podejmujemy działania konsolidacyjne. AGP ma plany na przyszłość i łączy wiedzę i dokonania wiodących w Polsce graczy w badaniach nad grafenem ITME, Politechniki Łódzkiej oraz Politechniki Warszawskiej, z biznesem. Główną rolą spółki jest komercjalizacja naukowych osiągnięć.

Czyli wkrótce mogę się spodziewać grafenowych produktów na sklepowych półkach? Takich jak ta słynna grafenowa rakieta tenisowa firmy Head, sprzedawana pod hasłem: „pierwsze komercyjne zastosowanie grafenu”?

Co do rakiety, to powiem od razu, że grafen w niej to tylko chwyt marketingowy, a nie faktycznie składnik nadający jej jakieś wyjątkowe właściwości. Z kolei jeśli chodzi o pojawienie się grafenowych produktów, zwłaszcza w tak wyczekiwanej branży elektronicznej, to tu jednak chciałbym ostudzić zapał co niektórych osób, bo przy takich projektach od pomysłu do aplikacji potrzeba zwykle około 10 lat, a żeby rozwinąć aplikację do skali przemysłowej, tak by usłyszał o niej świat, nierzadko schodzi i lat 20.

Rozumiem więc, że przy takim tempie wdrażania innowacji, trudno znaleźć inwestorów…

To zależy. My takich znajdujemy. To ci, którzy rozumieją, że inwestycje w innowacje są inwestycjami wysokiego ryzyka i wymagają wizji, długofalowego spojrzenia i działania. Niosą ze sobą ryzyko, ale też i szansę naprawdę dużych wygranych. W innowacjach musimy pamiętać o jeszcze jednej szalenie istotnej i kosztownej zasadzie. Chcąc być innowacyjnym, nie można gonić świata (naśladować i ulepszać to, co zrobili inni), lecz przed nim uciekać (wyprzedzać go). Dziś grafen proszkowy (red. – kiepskiej jakości) próbuje się dodawać do kompozytów, do gumy i nazywa się to komercjalizacją grafenu. Bzdura! Sadzę do gumy dodaje się już od ponad 100 lat, więc to naprawdę nic nowego. Na sukces komercyjny grafenu musimy jeszcze chwilę poczekać, ale z pewnością będzie to sukces na wielką skalę. Ale doświadczą go przede wszystkim Ci, którzy w grafen zainwestują już dziś.

Grafen w informacyjnej mikropigułce

100 razy mocniejszy od stali
300 razy wytrzymalszy na rozciąganie niż stal
200 razy szybciej przewodzący prąd niż krzem
10 razy lepiej przewodzący ciepło niż miedź czy srebro
1 mln razy cieńszy niż kartka papieru
• Przezroczysty, elastyczny, o minimalnym oporze elektrycznym , nieprzepuszczalny dla większości atomów, nawet dla helu, o dużej pojemności sorpcyjnej gazów.
• Jest jedną z alotropowych odmian węgla.
• Mówi się, iż nie posiada on tylko dwa wymiary, bowiem nie uznaje się za wymiar jego grubości równej jednemu atomowi. Struktura atomów węgla połączonych w sześciokąty, jaka występuje w grafenie, jest bardzo charakterystyczna – przypomina plaster miodu.
• Ze względu na swoje unikalne właściwości, zastosowanie grafenu możliwe jest w wielu branżach.

Jakie branże winny już dziś zainteresować się polskim grafenem?

Branża motoryzacyjna

Tu grafen może mieć bardzo szerokie zastosowanie. Ten produkowany przez AGP może zostać wykorzystany np. do budowy bezpiecznych i zminiaturyzowanych zbiorników wodorowych, do pojazdów zasilanych właśnie paliwem wodorowym. A jako materiał lekki, elastyczny i wytrzymały grafen świetnie nadaje się również do budowy części samochodowych, elementów wyposażenia i karoserii, zwiększającej bezpieczeństwo użytkowników aut.
Pokryte grafenem szyby samochodowe rozwiązałyby problem ich zamarzania zimą. Czyż to nie piękne?

Branża rowerowa

Ta i inne, w których lekkość kompozytów służących do wykonania produktu końcowego (np. ramy roweru), ma kluczową wagę.

Branża elektroniczna

Grafenowe ekrany dotykowe w smart fonach, gra fenowe procesory, baterie, tranzystory i wszystko działa płynniej, szybciej i jest wielokrotnie bardziej wytrzymałe niż wszystkie obecne dziś na rynku materiały znane w tej branży. Grafen uważa się za materiał idealny do budowy Nano i mikroelektroniki przyszłości.

Branża odzieżowa

O grafenie w tej branży myśli się głównie w kontekście odzieży ochronnej, typu kamizelki kuloodporne. Ale z pewnością branża odzieży i sprzętu sportowego szybko może znaleźć grafenowi należyte miejsce w swojej domenie. Być może także i legenda o czapce niewidce stanie się rzeczywistością. Niewidzialne hełmy z grafenu? Czemu nie?

Branża energetyczna
Grafen to niewątpliwie materiał przyszłości tej branży. Pochłania światło, znakomicie przewodzi ciepło, jest lekki i przezroczysty. Gdyby pomalować nim ścianę budynku, ta zmieniłaby się w jeden wielki panel solarny. Prawdopodobnie jednak szybciej znajdzie zastosowanie po prostu w branży oświetleniowej jako materiał do konstrukcji żarówek.

Branża medyczna

Sekwencjonowanie DNA, wewnątrzustrojowy transport leków, korekcja siatkówki, wspomaganie terapii antynowotworowej, poprzez zwiększeniem efektywności działania promieniowania na chore tkanki czy w końcu mikrotranzystory wspomagające pracę serca, implanty czy sztuczne mięśnie, to tylko kilka z wielu zastosowań jakie już dziś widzi dla grafenu medycyna i jej pokrewne dziedziny.

Gospodarka wodna

Dzięki grafenowi, który w zasadzie jest nieprzepuszczalny dla innych substancji z wyjątkiem wody, problem braku zdatnej do picia wody na świecie może zostać rozwiązany. Już dziś bardzo poważnie myśli się o grafenie jako tańszej od obecnych i łatwiejszej alternatywie odsalania wody morskiej poprzez gra fenowe filtry.

Branża lotnicza

Lekkość i wytrzymałość, to właściwości materiałów szczególnie cenione w lotnictwie. Grafen, który posiada te cechy, może posłużyć branży lotniczej do konstruowania ultralekkich i mocnych pojazdów powietrznych.

Inżynieria materiałowa i wiele innych...

Tak naprawdę trudno znaleźć branżę, w której nie znalazłoby się zastosowanie dla grafenu. Pytanie więc, dlaczego wciąż tak niewiele z nich eksperymentuje z grafenem? A co najważniejsze dlaczego z eksperymentowania tych, którzy na grafen postawili, tak niewiele jeszcze widać praktycznych zastosowań tego super-materiału?
Trwa ładowanie komentarzy...