Το γραφένιο είναι ένα πραγματικό θαύμα της επιστήμης των υλικών. Σε αυτή τη μορφή του άνθρακα, τα άτομα διατάσσονται σε δισδιάστατα στρώματα. Αυτό προσδίδει στο γραφένιο πλεονεκτικά χαρακτηριστικά: είναι ηλεκτρικά αγώγιμο, σχεδόν διαφανές και διαθέτει υψηλή εφελκυστική αντοχή. Έτσι, το υλικό από την πρώτη του σύνθεση το 2004 ερευνάται εντατικά, ακόμα και στην Empa. Οι επιπτώσεις του στον άνθρωπο και το περιβάλλον εξετάστηκαν εκτενώς σε ένα ευρωπαϊκό έργο «Graphene Flagship» με συμμετοχή της Empa.
Τώρα, οι ερευνητές της Empa κάνουν ένα βήμα παραπέρα και εφαρμόζουν την αρχή «Ασφαλές και Βιώσιμο κατά Σχεδίαση» (SSbD) στο καινοτόμο αυτό υλικό. «Το γραφένιο είναι μια καλή περίπτωση, διότι υπάρχουν ήδη πολλές μελέτες και δεδομένα», εξηγεί ο Peter Wick, ο οποίος ηγείται του εργαστηρίου «Νανοϋλικά στην Υγεία» της Empa. «Και εμείς έχουμε ασχοληθεί με αυτό το υλικό για δέκα χρόνια στο πλαίσιο του ‘Graphene Flagship’.»
Οι θεμελιώδεις ιδέες πίσω από την έννοια του SSbD δεν είναι νέες, συνεχίζει ο ερευνητής: Η ασφάλεια και η βιωσιμότητα του γραφενίου ήταν ήδη κεντρικό θέμα στο έργο Flagship. Νέα είναι η ενοποίηση αυτών των θεμάτων στο «Πλαίσιο SSbD», το οποίο θα επιτρέψει στη βιομηχανία να καινοτομεί με βιώσιμο και ασφαλή τρόπο.
Αναλόγως, οι ερευνητές της Empa δεν στόχευαν (μόνο) στο να διαπιστώσουν εάν το γραφένιο είναι κατ’ αυτόν τον τρόπο ασφαλές και βιώσιμο. «Θέλαμε να αξιοποιήσουμε τα καλά δεδομένα για να δοκιμάσουμε την εφαρμογή του Πλαισίου SSbD και να εντοπίσουμε πού και πώς μπορεί να αναπτυχθεί και να απλουστευτεί περαιτέρω», εξηγεί η ερευνήτρια της Empa, Fiorella Pitaro από το τμήμα «Τεχνολογία και Κοινωνία».
Ένα όνομα, πολλά υλικά
Η αποστολή είναι περίπλοκη: Μέσα από την εντατική έρευνα και ανάπτυξη των τελευταίων δύο δεκαετιών, έχει προστεθεί στο καθαρό γραφένιο μια μεγάλη ποικιλία συναφών προϊόντων, τα λεγόμενα γραφενικά υλικά. Υπάρχει το καθαρό γραφένιο, αλλά και το οξείδιο του γραφενίου, το αναγωγικό οξείδιο γραφενίου, το «Γραφένιο Πολλών Στρωμάτων», που αποτελείται από πολλά στρώματα, και άλλα πολλά. Ακόμη και αυτοί οι όροι δεν είναι πάντα σαφείς και μπορούν από μόνοι τους να υποδηλώνουν αρκετά ελαφρώς διαφορετικά υλικά.
Αυτή η ποικιλία αποτελεί πρόκληση αλλά και πλεονέκτημα για την εφαρμογή του SSbD. «Μπορούμε να συγκρίνουμε τα δεδομένα για κάθε μία από αυτές τις υποκατηγορίες υλικών και να κάνουμε δηλώσεις για το πώς το δυνητικό ζημιάς μιας συγκεκριμένης παραλλαγής σχετίζεται με τη δομή της», εξηγεί ο Wick. «Καθώς συχνά έχουν παρόμοιες λειτουργίες, μπορούμε ιδανικά να χρησιμοποιήσουμε για κάθε εφαρμογή την πιο ασφαλή μορφή γραφενίου.»
Επίσης, το πώς το υλικό εισέρχεται στο ανθρώπινο σώμα είναι καθοριστικό για τις δηλώσεις σχετικά με την ασφάλειά του: Εισπνέεται, ή εισάγεται άμεσα στην κυκλοφορία του αίματος ως μέρος ενός φαρμάκου; Εισάγεται στον πεπτικό μας σύστημα μέσω της τροφικής αλυσίδας ή εφαρμόζεται στο δέρμα; «Για να εκτιμήσουμε αξιόπιστα τον κίνδυνο για τον άνθρωπο, πρέπει να γνωρίζουμε την εφαρμογή του υλικού», λέει ο Wick. Διότι η εφαρμογή καθορίζει εάν, πώς και σε ποιες ποσότητες λαμβάνει χώρα η έκθεση.
Προσιτά και Αξιόπιστα
«Τα εργαλεία και τα μοντέλα που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τις αξιολογήσεις στο Πλαίσιο SSbD αναπτύχθηκαν κυρίως για χημικές ουσίες», λέει η Fiorella Pitaro. Όπου στις χημικές ουσίες κυρίως η μοριακή δομή καθορίζει τις ιδιότητες, στα υλικά μπαίνουν στο παιχνίδι πολύ περισσότερα στοιχεία: η επιφάνεια, το σχήμα και το μέγεθος των σωματιδίων, ο τρόπος επεξεργασίας και πολλά άλλα. Ένας άλλος στόχος των ερευνητών της Empa είναι, επομένως, η περαιτέρω ανάπτυξη των υπαρχόντων εργαλείων SSbD, ώστε να μπορούν να εφαρμοστούν και στα υλικά.
Ο στόχος του SSbD είναι η προώθηση βιώσιμων και ασφαλών καινοτομιών. «Για να μπορέσει η βιομηχανία, κυρίως οι ΜΜΕ, να το εφαρμόσουν, το πλαίσιο πρέπει να γίνει πιο προσβάσιμο και απλό», λέει ο Peter Wick. Τα στοιχεία που δίνει για την ασφάλεια και τη βιωσιμότητα των υπό εξέταση υλικών και χημικών ουσιών πρέπει, ωστόσο, να είναι όσο το δυνατόν πιο αξιόπιστα. Για να επιτευχθεί αυτό, απαιτείται περισσότερη έρευνα - κάτι που οι ομάδες της Empa προωθούν μέσα από διάφορα έργα.
Όσον αφορά την ασφάλεια και τη βιωσιμότητα του γραφενίου, οι ειδικοί είναι προσεκτικά αισιόδοξοι. Σε πολλούς τομείς και εφαρμογές, το υλικό φαίνεται να είναι πιο ασφαλές και βιώσιμο από τις άνθρακες που χρησιμοποιούνται σήμερα. Ωστόσο, αυτό δεν είναι μια ελεύθερη άδεια για την απελευθέρωσή του στο περιβάλλον, προειδοποιούν. «Δεν γνωρίζουμε ακόμη τα πάντα», λέει ο ερευνητής της Empa Wick.
Μέσα Επικοινωνίας:
Anna Ettlin
Επικοινωνία
Tel. +41 58 765 47 33
redaktion@empa.ch