Vad hände med det hajpade materialet?

2018-12-13 06:00  

Kolnanorören skulle revolutionera världen. Nästan 30 år efter att materialet upptäcktes väntar vi fortfarande på genombrottet. Vad hände egentligen?

När kolnanorören upptäcktes i början av 1990-talet visade det sig var starkare och styvare än något annat då känt material. Det hade dessutom en hög värmeledande och elektriskt ledande förmåga.

Materialet består av molekylära rör, uppbyggda enbart av kolatomer. Det skulle ersätta allt från stålvajrar till broar, koppar i elektronik och värmeledningar för kylning av elektriska komponenter. Det skulle revolutionera industrin. Riktigt så blev det inte.

Drygt tio år senare sker ett annat viktigt materialgenombrott. Det rör sig om en släkting till kolnanorören. Forskarna Kostya Novoselov och André Geim lyckas 2004 ta fram enstaka grafenlager, bara ett enda kolatomlager tjockt, ur grafit och göra experiment på dessa. De får rekordsnabbt Nobelpris för sitt arbete, bara sex år senare.

Läs mer: Nya mirakelmaterialet ska göra bilar tystare

Allt verkade upplagt för succé. Här var ett material starkare än stål, ultralätt, töjbart, genomskinligt och med en väldigt bra förmåga att leda ström. Det skulle snart kunna ge lätta och tåliga kompositmaterial till bilar och flygplan och supersnabb elektronik lite längre fram.

Sedan kom farthindren.

Kolnanorören har, åtminstone i Europa, hamnat i skuggan av grafen i dag. Det är på grafen de stora pengarna läggs. Men vad hände med kolnanorören egentligen, och vad säger att inte samma sak riskerar att hända med det nya, lovande supermaterialet?

Forskare oense om vägen framåt

Fysikern Krister Svensson vid Karlstads universitet ser flera likheter mellan utvecklingen av kolnanorören och grafen. I båda fall har det funnits svårigheter med att kvalitetssäkra materialen.

Ny Teknik har i flera artiklar under hösten uppmärksammat problemet med fejkgrafen, att en produkt som innehåller framför allt billig grafit säljs som supermaterialet grafen.

– Kolatomerna i äkta kolnanorör ska sitta perfekt i långa sträckor, men så är det inte alltid om vi tittar på vad som tillverkas i dag. Inte ens forskare är överens om vilken metod som ska användas för att klassificera och kvalitetssäkra kolnanorör, säger Krister Svensson.

Analysföretaget Gartners hajpkurva kan hjälpa oss att bättre förstå utvecklingen. Modellen visar hur nya, lovande tekniker först haussas upp. Sedan kommer motgångarna. Då sjunker också förväntningarna. I bästa fall klarar tekniken sig igenom krisen, utvecklas och mognar. Då har förväntningarna också blivit mer realistiska och tekniken kan börja bidra till långsiktig nytta.

Långt ifrån alla tekniker eller material klarar dock hela vägen dit. Tänk tandamalgam eller Apples safirglasskärm.

Det visade sig vara lättare sagt än gjort att skala upp produktionen av kolnanorör med bibehållen kvalitet. Vissa hävdade att de hade gjort just detta, men sålde ett material med lägre kvalitet. Sedan började rapporterna om riskerna med att exponeras för kolnanorör bli allt fler, att materialet kunde ge lungfibros och förstadier till cancer. Många började tappa tron på materialet.

Bayer lade ner storsatsning efter bara fyra år

Det tyska kemiföretaget Bayer hade så sent som 2009 investerat en kvarts miljard kronor för att bygga en ny fabrik som skulle förse världen med tonvis kolnanorör varje år. Fyra år senare lade företaget helt ner sitt kolnanorörprojekt. Då hade det europeiska strålkastarljuset redan börjat riktas hårt mot grafen.

I dag används kolnanorör för att förstärka exempelvis tennisracketar, hockeyklubbor och cykelkomponenter. Krister Svensson tycker att kolnanorören har en betydligt större potential än så. Men då måste det finnas en gemensam standard för att mäta och klassificera materialet. Tillsammans med en kollega har Krister Svensson tagit fram en sådan metod, som utgår från kolnanorörens kristallinitet.

Andreas Larsson, professor i tillämpad fysik på Luleå tekniska universitet, tror också att kolnanorören har betydligt mer att erbjuda, bara vi fortsätter jobba med materialet. Att finansiärer bromsat sina satsningar på kolnanorör betyder bara att vägen fram inte har varit lätt, säger han.

– Löftena var inte fel, se bara på världens bästa transistor som IBM tillverkade med hjälp av kolnanorör. Det finns en stor potential i kolnanorör och grafen, men det har varit svårare än många anat att göra verklighet av löftena.

Enligt Andreas Larsson hoppade många under den största hajpen direkt till den mer avancerade forskningen på kolnanorör. Därför sker mycket av forskningen i dag på grundläggande frågor, som borde ha utretts redan för tjugo år sedan, menar han.

”Förväntningar och fantasi går inte ihop med verkligheten”

Det kan växla snabbt, från att vi förväntar oss för mycket av en ny teknik eller ett nytt material till att vi förväntar oss för lite. Det säger Christian Sandström, som forskar om teknikskiften på Chalmers och forskningsinstitutet Ratio.

– Förväntningar och fantasi går inte ihop med verkligheten, säger han.

Christian Sandström drar en parallell till 3d-skrivare. Han skulle forska om tekniken under vad han kallar för ”den värsta hajpen” för ungefär fem år sedan. På den tiden var inte teknikens verkliga tillämpning i fokus, utan vad den eventuellt skulle kunna användas till, enligt Christian Sandström.

– Det var på den nivån att EU-kommissionärer fick uttala sig om förbud mot 3d-printing av vapen och organ. Det var rena Star Trek, säger han.

Det här berodde enligt Christian Sandström på att teknisk utveckling är förknippad med så mycket osäkerhet. Kombinerar du detta med mänsklig fantasi, girighet och flockbeteende då riskerar diskussionen att spetsas till rejält.

Om du däremot studerar tekniken, eller ett material, i nära detalj och utgår från den data som finns, då blir det hela betydligt mindre dramatiskt.

– Det finns mängder av exempel genom historien på i dag döda tekniker som när de var som störst, fick mest pengar och hade högst status, lovade guld och gröna skogar. Etanolbilar är ett sådant exempel, som skulle bidra till svenskt välstånd, sa man. Det viktigaste, om jag ska koka ner alltsammans, är att teknikens prestanda och samhällets förväntningar på tekniken dansar i otakt. Tekniken är komplex och oförutsägbar i sin utveckling, säger Christian Sandström.

Grafen-chef inte orolig för backlash

Jari Kinaret, professor vid institutionen för fysik på Chalmers, har tidigare forskat på kolnanorör. I dag har han sitt fokus helt på grafen. Han är chef för EU:s tioåriga jätteprojekt Graphene Flagship och är inte orolig för någon backlash. Tvärtom ser han att företagens intresse för materialet är på väg upp.

Vi måste ha tålamod med nya material och tekniker, säger Jari Kinaret. De tar tid att utveckla.

– Min erfarenhet säger mig att ingenjörer kortsiktigt är optimister när det gäller nya material eller tekniker, men pessimister på lite längre sikt. Vägen från labb till konsumentprodukt är lång. Vi har till exempel pratat med tillverkare som vill använda grafen i elbilsbatterier, men det kan dröja 10-15 år innan en sådan tillämpning finns ute på marknaden, säger Jari Kinaret.

Den stora revolutionen kanske uteblir för både kolnanorör och grafen. Men materialen kan bidra till betydelsefulla förbättringar av sådant som redan finns. De kan till exempel göra mobilskärmar stöttåliga eller användas i elektroder i litiumjon-batterier.

– I dag är grafenet upphajpat, innan var det kolnanorör. Vem vet om något annat material dyker upp om ett år och blir nästa stora grej? Sådant händer hela tiden och kan analyseras med hjälp av ”Gartners hype cycle”. De som orkar jobba vidare med ett material kommer till slut fram till bra tillämpningar, men det tar lång tid innan det bildas en mogen bransch kring nya material, säger Krister Svensson.

Så framställs kolnanorör

Det finns olika sätt att framställa kolnanorör. Metoden avgör vilken kvalitet rören får, förklarar fysikern Krister Svensson vid Karlstads universitet. Det som ger bäst kvalitet sker med hjälp av urladdning mellan två grafitstavar, det som kallas arc-discharge method. Tillväxten sker vid en hög temperatur och kolnanorören får en väldigt god kristallinitet. Men den här metoden är svår att skala upp till kommersiell tillverkning.

Den metod som är lättast att skala upp går ut på att ”växa” rören ifrån ett kolväte med hjälp av en katalysator. Tillväxten sker vid en lägre temperatur, och kvaliteten blir därmed sämre. Dock tillåter metoden uppskalning till stora volymer.

Källa: Krister Svensson, fysiker vid Karlstads universitet

Hajpkurvans 1,2,3

Analysföretaget Gartners Hype Cycle, hajpkurva, är ett sätt att beskriva en ny tekniks olika faser:

1. En ny teknik blir känd, men nästan ingen har hunnit testa den.

2. Inom några år drivs förväntningarna på tekniken snabbt upp.

3. På lite längre sikt uteblir dock de förväntade nyttoeffekterna. Nu sänks förväntningarna på tekniken. Medier slutar nästan helt rapportera om tekniken.

4. Kunskapen om tekniken växer. Nu mognar tekniken.

5. Förväntningarna på tekniken har blivit realistiska. Tekniken kan bidra till långsiktig nytta.

Ania Obminska

Kommentarer

Välkommen att säga din mening på Ny Teknik.

Principen för våra regler är enkel: visa respekt för de personer vi skriver om och andra läsare som kommenterar artiklarna. Alla kommentarer modereras efter publiceringen av Ny Teknik eller av oss anlitad personal.

  Kommentarer

Debatt