Mai rezistent decât oțelul, mai ușor decât hârtia

Deși au trecut două decenii de la prezentarea grafenului, un material minune cu grosimea unui singur atom, potențialul său abia acum începe să fie explorat, în aplicații industriale, construcții, industria auto, inteligență artificială sau în tratamente oncologice.

China este cel mai mare producător mondial de grafen

Grafenul a fost produs la Universitatea din Manchester în 2004 și a fost salutat cu entuziasm de comunitatea științifică, ca un „material-minune”: mai rezistent decât oțelul, dar mai ușor decât hârtia. Derivat din grafit — substanța folosită în minele de creion — grafenul este o foaie de carbon cu grosimea de un singur atom. Structura sa în rețea îi permite să conducă excelent căldura și electricitatea. Potențialul uriaș al grafenului este deocamdată prea puțin exploatat. Douăzeci de ani mai târziu, puține companii au reușit să transforme acest potențial științific în succes comercial. Unele dau semne de progres, însă altele se confruntă cu pierderi majore și cu o acută lipsă de finanțare.

China este cel mai mare producător mondial și folosește materialul pentru a câștiga teren în cursa globală a microcipurilor și în construcții. Dincolo de aplicațiile industriale, cercetătorii descoperă acum proprietăți ale grafenului care pot revoluționa medicina. Studii recente arată că anumite forme de grafen pot ataca selectiv celulele canceroase, fără a afecta țesuturile sănătoase. Dacă rezultatele se confirmă, grafenul ar putea deveni baza unei noi generații de tratamente oncologice.

Marea provocare: „de la laborator la fabrică”

În Marea Britanie, scrie The Guardian, grafenul a fost exploatat, de asemenea, prea puțin. Un tip de beton ecologic, îmbunătățit cu grafen, a fost folosit, în luna iulie, pe un șantier al companiei Northumbrian Water. Materialul a fost dezvoltat de Centrul de Inovare în Ingineria Grafenului (GEIC) din Manchester, în parteneriat cu Cemex UK.

„Când a ieșit din mediul academic, materialul a fost supraevaluat până la epuizare”, spune Ben Jensen, CEO al startupului 2D Photonics, desprins din Universitatea Cambridge. „Provocarea reală este să treci de la laborator, la producția de serie”.

Jensen este și inventatorul celebrelor acoperiri Vantablack, compuse din nanotuburi de carbon — foi de grafen rulate — care absorb 99,96% din lumină. Materialul, vândut exclusiv artistului Anish Kapoor, a fost folosit de BMW pentru a transforma un model X6 în „cea mai neagră mașină din lume”.

Din euforie la pragmatism

„Când încerci să înlocuiești o tehnologie consacrată, trebuie să oferi o valoare uriașă, dar și o soluție scalabilă”, explică Jensen.

„Totul trebuie produs la un preț competitiv. Altfel, nu are sens”, spune el.

Germania a încercat același lucru: grupul Bayer a închis fabrica-pilot de nanotuburi, după ce cererea a întârziat să apară. Azi, nanotuburile sunt folosite mai ales ca aditivi în materiale plastice.

Mai promițătoare par cipurile optice pe bază de grafen dezvoltate de CamGraPhIC, subsidiară a 2D Photonics. Cercetările au fost realizate la Cambridge și la institutul italian CNIT. Aceste cipuri transformă datele electrice în semnale optice, dar cu o eficiență energetică cu 80% mai mare decât cipurile din siliciu. În plus, funcționează stabil într-un interval mult mai larg de temperaturi, reducând costurile uriașe de răcire ale centrelor de date pentru AI.

Grafenul, „autostrada” datelor viitorului

Transmiterea datelor prin siliciu încetinește procesele, explică Jensen, care compară acest traseu cu o autostradă cu 16 benzi, care se restrânge, brusc, la una singură. Fotonica pe bază de grafen e ca o autostradă cu sute de benzi.

„Am reușit să creștem grafen ultra-performant și să-l integrăm în dispozitive. Nu uitați: e un material de grosimea unui atom. Realizarea e aproape nebunească”.

CamGraPhIC a fost fondată în 2018 de profesorul Andrea Ferrari, directorul centrului de grafen de la Cambridge, și de Marco Romagnoli, expert în fotonică la CNIT Pisa. Compania-mamă, 2D Photonics, a obținut recent 25 de milioane de lire finanțare de la fonduri suverane din Italia, NATO, Sony Innovation, Bosch Ventures și Frontier IP Group. Firma folosește o fostă unitate de cercetare Pirelli din Pisa și plănuiește o linie-pilot lângă Milano, capabilă să producă plachete de 200 mm. Obiectivul: obținerea unei finanțări totale de 317 milioane de euro până la sfârșitul anului.

Alte aplicații și noi centre industriale

Cipurile CamGraPhIC pot fi folosite în calcul de înaltă performanță, rețele 5G și 6G, sisteme aeronautice, mașini autonome, radare digitale avansate și comunicații spațiale fără satelit. În același ecosistem, startupul Paragraf, fondat tot la Cambridge, a atras investiții de 55 de milioane de dolari, inclusiv de la fondul suveran al Emiratelor Arabe Unite. Produce senzori pe bază de grafen pentru mașini electrice și biosenzori pentru diagnostic medical timpuriu.

O companie mai nouă, Graphene Innovations Manchester, a semnat anul trecut un acord cu Arabia Saudită pentru prima producție comercială de fibră de carbon îmbogățită cu grafen. Materialul este deja fabricat în Tabuk și va fi folosit în construcții și infrastructură urbană. Obiectivul: 3.000 de tone până în 2026.

Cei care nu au rezistat

Nu toate poveștile sunt de succes. Applied Graphene Materials, înființată în 2010, a fost una dintre primele firme din domeniu. A lansat un grund anticoroziv și un spray de protecție pentru biciclete, dar pierderile constante au dus la închiderea afacerii în 2023. Compania canadiană Universal Matter i-a cumpărat activele principale.

„În industria materialelor avansate, lucrurile se mișcă foarte lent”, spune Ron Mertens, fondatorul site-ului Graphene-Info.„Mulți producători nu reușesc niciodată să obțină venituri semnificative sau profitabilitate”.

O altă firmă britanică, Versarien, a crescut enorm: de la un mic atelier, a devenit un jucător global, cu sprijin guvernamental. A produs pulberi și vopsele cu grafen, textile sportive Umbro și materiale prototip pentru armata americană. Dar în iulie, după probleme financiare majore, mai multe filiale au intrat în lichidare.

Compania, listată la bursa AIM, își vinde acum activele și portofoliul de brevete, având lichidități doar până la sfârșitul lui octombrie. Un acord de investiție cu un partener chinez a fost blocat de guvernul britanic, din motive de securitate. Ar putea fi un final trist pentru o poveste care, la început, promitea să facă din Marea Britanie liderul global al revoluției grafenului.