گرافن در نهایت راهش به بازار را پیدا میکند!

به گزارش مجله خبری نگار/برنا،گاردین به تازگی مقاله‌ای منتشر کرده که در آن به بررسی وضعیت گرافن در صنعت بریتانیا پرداخته است. دو دهه پس از تولید نخستین ورق‌های گرافن در دانشگاه منچستر این ماده که روزی قوی‌تر از فولاد و سبک‌تر از کاغذ خوانده می‌شد، اکنون وارد بازار‌های صنعتی شده است. برخی شرکت‌های بریتانیایی توانسته‌اند از این ماده در تولید میکروچیپ‌های فوتونیک، بتن کم‌کربن و فیبر کربنی بهره ببرند، اما برخی دیگر با مشکلات مالی و تولید دست‌وپنجه نرم می‌کنند.

بن جنسن، مدیرعامل شرکت فوتونیک دوبعدی (۲ D Photonics) می‌گوید: چالش اصلی، انتقال گرافن از آزمایشگاه به تولید صنعتی است؛ ارزش کاربرد باید بالا باشد و همزمان امکان تولید مقیاس‌پذیر و قیمت‌گذاری مناسب فراهم شود. این جمله چکیده‌ای از فرصت‌ها و چالش‌های صنعتی گرافن در بریتانیا است، جایی که وعده‌های علمی هنوز در مسیر تحقق کامل قرار دارند.

گرافن ماده‌ای که از گرافیت استخراج می‌شود و ضخامت آن تنها یک اتم است، از سال ۲۰۰۴ که در دانشگاه منچستر تولید شد، به‌عنوان ماده‌ای شگفت‌انگیز معرفی شد. این ماده از هدایت حرارت و برق بسیار بالایی برخوردار است و در صنایع مختلف از الکترونیک گرفته تا ساخت‌وساز، پتانسیل انقلابی دارد. چین به‌عنوان بزرگ‌ترین تولیدکننده، از گرافن برای پیشتازی در تولید میکروچیپ‌ها و پروژه‌های ساختمانی استفاده می‌کند. در بریتانیا، بتن کم‌کربن تقویت‌شده با گرافن در یک پروژه آب‌شناسی در شمال کشور به کار رفت که توسط مرکز نوآوری مهندسی گرافن (Graphene Engineering Innovation Centre) دانشگاه منچستر و شرکت Cemex UK توسعه یافته بود.

بن جنسن، مدیرعامل شرکت فوتونیک دوبعدی (۲ D Photonics)، که فناوری فوتونیک مبتنی بر گرافن برای دیتاسنتر‌ها تولید می‌کند، می‌گوید: زمانی که گرافن از دانشگاه خارج شد، تبلیغات زیادی پیرامون آن بود، اما چالش اصلی انتقال از آزمایشگاه به تولید صنعتی است. ارزش کاربرد باید بالا باشد و همزمان امکان تولید مقیاس‌پذیر و قیمت‌گذاری مناسب وجود داشته باشد.

جنسن پیش‌تر پوشش‌های ونتابلاک (Vantablack) را با استفاده از نانولوله‌های کربنی طراحی کرده بود که به‌دلیل جذب ۹۹٫۹۶ درصد نور لقب تیره‌ترین سیاه جهان را گرفت و در آثار هنری آنیش کاپور و خودرو‌های BMW X ۶ استفاده شد. او تأکید می‌کند: وقتی ماده‌ای جدید قصد جایگزینی تکنولوژی موجود را دارد، باید هم ارزش افزوده آن قانع‌کننده باشد و هم قابلیت تولید صنعتی آن فراهم شود.

یکی از موفق‌ترین پروژه‌ها، میکروچیپ‌های فوتونیک مبتنی بر گرافن است که توسط شرکت تابعه CamGraPhIC تولید می‌شود و بر اساس تحقیقات دانشگاه کمبریج و موسسه CNIT ایتالیا توسعه یافته است. این چیپ‌ها نسبت به میکروچیپ‌های مبتنی بر سیلیکون، سرعت انتقال داده بالاتر مصرف انرژی ۸۰ درصد کمتر و عملکرد در دامنه دمایی وسیع‌تر ارائه می‌کنند؛ به طوری که نیاز به سیستم‌های خنک‌کننده پرهزینه برای دیتاسنتر‌های هوش مصنوعی کاهش می‌یابد. جنسن این فرایند را این‌گونه تشبیه می‌کند: انتقال داده از طریق سیلیکون شبیه یک بزرگراه ۱۶ خطه است که ناگهان به یک خط محدود می‌شود؛ اما فوتونیک گرافنی مانند بزرگراهی با صد‌ها خط عمل می‌کند.

شرکت ۲ D Photonics، که دفتر توسعه و تولید آن در پیسا، ایتالیا قرار دارد، توانسته سرمایه ۲۵ میلیون پوندی از صندوق‌های نوآوری، ناتو، Sony Innovation Funds، Bosch Ventures و گروه Frontier IP بریتانیا جذب کند. این شرکت قصد دارد کارخانه تولید ویفر‌های ۲۰۰ میلی‌متری در منطقه میلان ایجاد کند و با تأمین بودجه ۲۷۶ میلیون پوند تا پایان سال، تولید صنعتی را آغاز کند. محصولات این شرکت علاوه بر دیتاسنترها، در رایانش پرسرعت، شبکه‌های ۵ G و ۶ G، سامانه‌های هواپیما، خودرو‌های خودران، رادار دیجیتال پیشرفته و ارتباطات فضایی بدون ماهواره کاربرد دارند.

در حوزه سایر شرکت‌های موفق، استارتاپ پاراگراف (Paragraf) از دانشگاه کمبریج منشعب شده و با تولید حسگر‌های مبتنی بر گرافن برای خودرو‌های الکتریکی و زیست‌حسگر‌ها در حوزه سلامت و کشاورزی، طی یک دهه اخیر توانسته جایگاه خوبی کسب کند. این شرکت اخیراً سرمایه ۵۵ میلیون دلاری از صندوق ثروت ملی امارات جذب کرده و ۱۲٫۸ درصد سهام خود را به آن اختصاص داده است.

همچنین استارتاپ گرافن اینوِیشنز منچستر (Graphene Innovations Manchester) که در سال ۲۰۲۱ توسط ویکِو کنچری راه‌اندازی شد، قرارداد تولید تجاری فیبر کربنی غنی‌شده با گرافن را با عربستان سعودی به امضا رساند. این فیبر کربنی در ساخت سقف، نما و تیرک‌های روشنایی خیابان کاربرد دارد و تولید آن در تبوک آغاز شده است. برنامه تولید این شرکت تا سال ۲۰۲۶، ۳۰۰۰ تن است.

با این حال مسیر موفقیت همه شرکت‌ها یکسان نبوده است. شرکت Applied Graphene Materials که در سال ۲۰۱۰ توسط پروفسور کارل کولمن از دانشگاه دورهام تأسیس شد، با وجود ارائه محصولاتی، چون پرایمر ضد خوردگی و اسپری محافظ دوچرخه، در سال ۲۰۲۳ به دلیل زیان‌های مالی تعطیل شد و بخش عمده کسب‌وکار آن توسط شرکت کانادایی Universal Matter خریداری شد.

شرکت Versarien مستقر در گلاسترشایر و از دیگر پیشگامان این حوزه، که ابتدا از یک گاراژ شروع کرد، با حمایت Innovate UK به تولید پودر‌ها و محصولات گرافنی برای حسگرها، بتن کم‌کربن، رنگ‌ها، جوهر‌های الکترونیک و لباس‌های ورزشی پرداخت. این شرکت، که در اسپانیا و کره جنوبی نیز فعالیت داشت، با مشکلات مالی روبه‌رو شد و برخی از زیرمجموعه‌های خود را در وضعیت انحلال یا مدیریت داوطلبانه قرار داد.

رون مِرتنز، صاحب وب‌سایت Graphene-Info، می‌گوید: در صنعت مواد نوظهور، رسیدن به بازار واقعی زمان زیادی می‌برد و بسیاری از تولیدکنندگان گرافن هرگز نتوانستند درآمد معنادار یا سودآوری واقعی ایجاد کنند.

در نهایت مسیر گرافن از آزمایشگاه به تولید صنعتی، نمونه‌ای از وعده‌ها و واقعیت‌های فناوری نوین است؛ جایی که نوآوری، سرمایه‌گذاری و چالش‌های بازار در هم تنیده شده‌اند و تنها بخشی از وعده‌های علمی، توانسته به واقعیت صنعتی تبدیل شود.