Sigur și durabil de la început: Grafenul ca exemplu practic

Grafenul este un adevărat miracol al științei materialelor. În această formă de carbon, atomii se aliniază în straturi bidimensionale. Acest lucru conferă grafenului proprietăți avantajoase: este conductiv electric, aproape transparent și are o rezistență mare la tracțiune. De aceea, materialul este intens cercetat încă de la prima sa sinteză în 2004, inclusiv la Empa. Efectele sale asupra oamenilor și mediului au fost studiate în detaliu într-un proiect UE «Graphene Flagship» la care a participat și Empa.

Acum, cercetătorii Empa fac un pas mai departe și aplică principiul «Sigur și durabil de la design» (SSbD) pe acest material inovator. «Grafenul este un bun exemplu, pentru că avem deja multe studii și date despre el», explică Peter Wick, care conduce laboratorul Empa «Nanomateriale în sănătate». «Și noi ne-am ocupat de acest material timp de zece ani, în cadrul proiectului ‹Graphene Flagship›.»

Ideile fundamentale din spatele conceptului SSbD nu sunt noi, explică cercetătorul: siguranța și durabilitatea grafenului au fost deja o temă centrală în proiectul Flagship. Noutatea constă în reuniunea acestor teme în cadrul «SSbD-Framework» care ar trebui să permită industriei inovații durabile și sigure.

Astfel, cercetătorii de la Empa nu și-au propus doar să afle dacă grafenul în sine este sigur și durabil. «Am vrut să folosim setul bun de date pentru a testa aplicarea cadrului SSbD și pentru a afla unde și cum poate fi acesta dezvoltat și simplificat mai departe», explică cercetătoarea Empa Fiorella Pitaro din departamentul «Tehnologie și societate».

Un nume, numeroase materiale

Sarcina este complexă: datorită cercetării și dezvoltării intensive din ultimii douăzeci de ani, la grafenul pur s-a adăugat o gamă întreagă de produse conexe, numite materiale de tip grafen. Există grafen pur, dar și grafen oxid, grafen oxid redus, «Few-Layer-Graphene», care constă din mai multe straturi, și multe altele. Chiar și acești termeni nu sunt întotdeauna clari și pot desemna, la rândul lor, mai multe materiale ușor diferite.

Această diversitate reprezintă o provocare, dar și un avantaj pentru aplicarea SSbD. «Putem compara datele pentru fiecare dintre aceste subclase materiale și trage concluzii despre cum potențialul de daune al unei anumite variante este legat de structura acesteia», explică Wick. «Dat fiind că au adesea funcționalități similare, în situația ideală, pentru fiecare aplicație se poate folosi forma cea mai sigură de grafen.»

De asemenea, modul în care materialul ajunge în corpul uman este decisiv pentru afirmațiile despre siguranța sa: este inhalat sau injectat direct în fluxul sanguin ca parte a unui medicament? Ajunge în tractul nostru digestiv prin lanțul alimentar sau se aplică pe piele? «Pentru a evalua în mod fiabil riscul pentru oameni, trebuie să cunoaștem aplicația materialului», spune Wick. Pentru că aplicația determină dacă, cum și în ce cantități are loc expunerea.

Accesibil și de încredere

«Instrumentele și modelele utilizate pentru evaluările în cadrul SSbD au fost dezvoltate în principal pentru substanțe chimice», spune Fiorella Pitaro. Acolo unde la substanțele chimice structura moleculei determină proprietățile, la materiale intervin mult mai mulți factori: caracteristicile suprafeței, forma și dimensiunea particulelor, tipul de procesare și multe altele. Un alt obiectiv al cercetătorilor Empa este, așadar, dezvoltarea în continuare a unor unelte SSbD existente astfel încât să poată fi aplicate și materialelor.

Scopul SSbD este de a promova inovații durabile și sigure. «Pentru ca industria, în special IMM-urile, să le poată aplica, cadrul trebuie să devină mai accesibil și mai simplu», spune Peter Wick. Afirmațiile pe care le face asupra siguranței și durabilității materialelor și substanțelor chimice studiate ar trebui să fie, cu toate acestea, cât mai de încredere posibil. Pentru a aduce aceste cerințe contradictorii la un numitor comun, este nevoie de cercetări suplimentare – ceva ce echipele Empa promovează în diverse proiecte.

Cât despre siguranța și durabilitatea grafenului, experții sunt optimisti, dar precauți. În multe domenii și aplicații, materialul pare a fi mai sigur și mai durabil decât alternativele bazate pe carbon utilizate astăzi. Totuși, nu este un permis deschis de a-l elibera necontrolat în mediu, avertizează ei. «Nu știm încă totul», spune cercetătorul Empa Wick.

Notă editorială: Drepturile asupra imaginilor aparțin editorului respectiv. Drepturi imagine: Empa