Γραφένιο: Ο μαύρος χρυσός του 21ου αιώνα

Οι αλχημιστές του Μεσαίωνα ποτέ δεν βρέθηκαν κοντά στην παραγωγή χρυσού, όσο και αν προσπάθησαν. Τα πειράματά τους ήταν πρωτόγονα και επηρέαζαν μόνο επιφανειακά τα στοιχεία που μελετούσαν. Η ύλη έκρυβε καλά τα μυστικά της και οι δομές ανθίσταντο πεισματικά σε κάθε προσπάθεια μεταστοιχείωσης.

Από τότε κύλησε πολύ νερό στο… επιστημονικό αυλάκι. Η επιστήμη αποκωδικοποίησε τα γεγονότα που λαμβάνουν χώρα σε ατομικό επίπεδο και μπορεί πια να τα επηρεάσει. Οχι για να φτιάξει χρυσό, αλλά για να δημιουργήσει το «χρυσάφι» του 21ου αιώνα, το γραφένιο.

Χημικοί από το Πανεπιστήμιο Ράις στo Χιούστον ανέπτυξαν μια διαδικασία που θα μπορούσε να θεωρηθεί ως σύγχρονη μορφή αλχημείας, αφού μετατρέπει σκουπίδια με βάση τον άνθρακα σε νιφάδες γραφενίου. Με απλά λόγια, τρόφιμα, πλαστικά, ξύλα κ.λπ. μπορούν να μεταστοιχειωθούν σε γραφένιο γρήγορα και κυρίως με πάμφθηνο τρόπο.

Η διαδικασία που αναπτύχθηκε από τους ερευνητές περιλαμβάνει τη θέρμανση υλικών που περιέχουν άνθρακα με παλμούς λέιζερ υψηλής ενέργειας, στους 2.727 βαθμούς Κελσίου. Η μεταστοιχείωση γίνεται εντός ειδικού αντιδραστήρα, για χρονικό διάστημα μόλις 10 χιλιοστών του δευτερολέπτου. Στα αρχικά πειράματα οι επιστήμονες κατόρθωσαν να πάρουν πίσω μερικά μόνο γραμμάρια γραφενίου, αλλά σε επόμενο στάδιο σχεδιάζουν την κατασκευή ενός μεγαλύτερου αντιδραστήρα, ικανού να παράγει ένα κιλό γραφένιο την ημέρα. Σε μια πρώτη ανάγνωση, η συγκεκριμένη ποσότητα μπορεί να φαντάζει μικρή. Ομως, όπως είπαμε, το γραφένιο δεν είναι ένα απλό υλικό.

Το γραμματόσημο των χιλιάδων δολαρίων

Το γραφένιο είναι ένα υλικό κατασκευασμένο από ενιαίο στρώμα ατόμων άνθρακα, διατεταγμένα σε εξαγωνικό πλέγμα. Ακριβώς επειδή η τρίτη διάστασή του πρακτικά δεν υφίσταται, είναι το πρώτο δισδιάστατο κρυσταλλικό υλικό που έχουμε απομονώσει.
Μέχρι τώρα η κλασική μέθοδος παρασκευής του ήταν η μηχανική αποφλοίωση κρυσταλλικού γραφίτη, του υλικού που υπάρχει και στις μύτες των μολυβιών.

Ενας κρύσταλλος γραφίτη πάχους ενός χιλιοστού αποτελείται από περίπου 3 εκατομμύρια φύλλα γραφενίου, οπότε θα μπορούσε κανείς να υποθέσει ότι διαθέτουμε ανεξάντλητες ποσότητες. Το πρόβλημα, όμως, είναι ότι οι μέθοδοι αποφλοίωσης δίνουν πολύ μικρές απολήψεις του υλικού, με αποτέλεσμα η τιμή του να βρίσκεται στα ύψη. Συγκεκριμένα, κυμαίνεται από 50.000 ώς 200.000 δολάρια ανά τόνο, ανάλογα με την ποιότητα και την καθαρότητα του παραγόμενου γραφένιου. Κι όμως, η τιμή του έχει μειωθεί δραματικά από το 2010, όταν μια φλοίδα γραφένιου, μικρότερη από γραμματόσημο, κόστιζε δεκάδες χιλιάδες δολάρια.

Θαυματουργό υλικό

Το γραφένιο ανακαλύφθηκε το 2004 από τους Ρώσους επιστήμονες Αντρέι Γκέιμ και Κονσταντίν Νοβοσέλοφ, οι οποίοι τιμήθηκαν με το Νόμπελ Φυσικής το 2010 και διαθέτει μια σειρά από μοναδικά χαρακτηριστικά. Είναι ιδιαίτερα ελαφρύ, ανθεκτικό και εύκαμπτο, ενώ το ηλεκτρικό ρεύμα το διαπερνά με μεγαλύτερη ταχύτητα από οποιοδήποτε άλλο υλικό, συμπεριλαμβανομένου και του πυριτίου, πάνω στο οποίο έχει βασιστεί ολόκληρη η βιομηχανία ηλεκτρονικών επεξεργαστών. Επίσης, πρωτότυπες μπαταρίες γραφενίου φέρεται να έχουν έως και 45% υψηλότερη χωρητικότητα και να επαναφορτίζονται πέντε φορές ταχύτερα από τις κλασικές μπαταρίες λιθίου. Επιπλέον, αν προσθέταμε μόλις 0,1% γραφένιο στο τσιμέντο που χρησιμοποιείται για τη δημιουργία μπετόν, θα μειώναμε το περιβαλλοντικό αποτύπωμα της παραγωγής τσιμέντου κατά το ένα τρίτο, καθώς θα προέκυπτε ένα νέο, υπερανθεκτικό υλικό. Η παραγωγή τσιμέντου εκτιμάται ότι ευθύνεται για περίπου το 8% των ανθρωπογενών εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα κάθε χρόνο.
Δεν είναι τυχαίο, λοιπόν, που το γραφένιο χαρακτηρίζεται ως το υλικό που θα σημαδέψει τον 21ο αιώνα.

Ωστόσο, το υψηλό κόστος παραγωγής έχει εμποδίσει την ευρεία χρήση του για βιομηχανικές εφαρμογές. Ετσι, η μέθοδος του Πανεπιστήμιου Ράις φαντάζει ως η μόνη, προς το παρόν, εναλλακτική λύση για την παραγωγή επαρκών ποσοτήτων και κατά συνέπεια την εκλογίκευση της τιμής του. Εκτός και αν προλάβει να κόψει πρώτη το νήμα η Νanoxplore, εταιρεία που υπόσχεται γραφένιο στην εξωφρενικά φτηνή τιμή των 10 δολαρίων το κιλό.

Με ποιον τρόπο; Υποστηρίζουν ότι έχουν πατεντάρει μια απλή μέθοδο, υψηλής παραγωγικής απόδοσης, που μπορεί να αποδώσει έως 10.000 τόνους ετησίως, σε βιομηχανική κλίμακα. Μάλιστα, η Νanoxplore βρίσκεται στη διαδικασία δημιουργίας μιας τέτοιας μονάδας, η οποία θα τεθεί σε λειτουργία σε 2-3 χρόνια.
Οι πιθανές εφαρμογές του γραφένιου δεν αφήνουν κανέναν αδιάφορο. Η Ε.Ε. θα επενδύσει 1 δισεκατομμύριο ευρώ έως το 2025 στην ανάπτυξη σχετικών τεχνολογιών, ώστε να μεταφέρει το γραφένιο και τα προϊόντα του από τα εργαστήρια στην κοινωνία.

Ευλύγιστα και διάφανα κινητά, ελαφρύτερα αεροπλάνα, τεχνητοί αμφιβληστροειδείς, μπαταρίες που δεν ξεφορτίζουν σχεδόν ποτέ και θα επαναφορτίζονται σε χρόνο dt. Aυτά είναι μόνο μερικά από τα «θαύματα» που μπορεί σύντομα να πραγματοποιηθούν από τον «μαύρο χρυσό» του 21ου αιώνα.

Αναδημοσίευση από τον Φιλελεύθερο του Σαββάτου