Графеновые хлопья. Украинский ученый в шаге от прорыва на рынке материалов будущего
Более сотни лет назад английский писатель Герберт Уэллс описывал странный технологический процесс получения искусственных бриллиантов из угля. Фантастическая идея была реально воплощена не более 50 лет назад - когда из аморфного углерода синтезировали первые кристаллы алмаза. Для этого потребовалось огромное давление при чрезвычайно высокой температуре. И кристаллическая решетка углерода - обычного графитового стержня из карандашей - была преобразована в кристалл алмаза.
Казалось, больше углерод как материал уже удивить не может. Но в 2004 году бывшие российские ученые Андрей Гейм и Константин Новоселов отслоили от кристалла углерода максимально тонкий кристалл - толщиной в один атомный слой. Атомы углерода в таком кристалле связаны между собой в плоскости сильными ковалентными связями. Они образуют фактически «полотно». Невероятно, но прочность такого полотна почти в 200 раз больше, чем прочность стали (при одинаковой толщине), а электрическая проводимость в два раза лучше чем у меди. Кроме того, графен обладает превосходной теплопроводностью, инертностью к агрессивным средам и еще массой различных уникальных свойств.
Эти суперспособности позволили изобретателям графена получить в 2011 году Нобелевскую премию, а ведущим европейским институтам - сформировать масштабный проект под названием Графен Флагшип и получить финансирование более чем 1 млрд евро на разработку и внедрение нового чудо-материала.
С тех пор было написано много научных статей и получено патентов. Но не создано продуктов - долгожданного чуда так и не случилось.
Почему?
Завесу приоткрывает Владимир Храновский. Это исследователь и предприниматель родом с Ивано-Франковщины, из города Бурштын. Сейчас он управляет шведской компанией GRAFREN AB. Это стартап, который владеет уникальной технологией очистки нового материала - графена. Как объясняет Храновский, участники команды все еще работают над своей бизнес-моделью. Но одна из главных целей, над которой работает компания, - перезапустить рынок путем очистки или, другими словами, обогащения графена других производителей.
Кто такой Владимир Храновский, как он попал в Швецию и что за “графеновый недуг”, который парализовал коммерциализацию этого столь многообещающего материала во всем мире? Почему графен нужно чистить?
Теперь обо всем этом по порядку.
История Владимира: из Украины в Швецию
Храновский учился в Черновицком Национальном Университете по специальности Альтернативные источники энергии. В 2001 году попал в аспирантуру Института проблем материаловедения им И. Францевича. В 2002 году поработал некоторое время на заводе Пиллар - “в то время самом инновационном предприятия Украины, выпускавшего солнечные элементы (кремниевые пластины для них)”.
В 2005 году после поездок на зарубежные конференции Владимира «захантили» на полгода в Университет Осло в Норвегию для разработки прозрачных электродов. А в 2006 году - пригласили в Швецию, в Университет Линкепинга, в качестве гостевого исследователя. Там он занимался прозрачной электроникой, газовыми и биосенсорами и УФ-светодиодами. Потом он вернулся на год в Украину, чтобы закрыть гештальт с защитой диссертации в институте материаловедения в 2009 году. Специальность - физика твердого тела. В том же году в родном городе Бурштын Владимир основал свою первую компанию Фазаплюс. Сейчас она устанавливает солнечные электростанции по всей Украине. Порядка 20-ти уже стоит. В ее команде на постоянной основе работает около 20 человек. Храновский там остался директором по развитию. У него сохранилась доля собственности в 25%.
После защиты кандидатской диссертации бизнесмен-исследователь вернулся в Швецию на позицию постдок (PostDoc). Владимир начал пытаться получить грант на самостоятельное исследование. Больше десятка заявок в год на протяжении 5 лет - и вот он получает индивидуальный грант Marie CurieInternational Career Grant от Еврокомиссии на 0,55 млн евро на три года. Тематика - разработка новых двумерных материалов на основе оксидов.
Два грантовых года из трех Храновский прожил в Лиссабоне. А в конце 2016 года с собакой и беременной женой вернулся в Стокгольм. Там поработал в университете месяц и ушел в декрет.
Время в декрете использовал на создание собственной компании GRAFREN. “Года в декретном отпуске не хватило и пришлось рожать еще одного ребенка”, - шутит счастоивый бизнесмен.
За это время команда основала лабораторию, отточили технологию обработки графеновых чешуек (flakes), и подали первую заявку на патент по технологии очистки и сортировки графена. Предприниматель собирается чистить графен других производителей и организаций.
Что за графеновый недуг застопорил индустрию?
Перед тем, как понять, что такое “чистить графен”, давайте разберемся в предпосылках появления этой технологии. Что же произошло на рынке с 2011 года, с тех пор как изобретатели графена получили Нобелевскую премию.
Почему еще нет вокруг нас обещанных инновационных продуктов? Почему нет композитных материалов лучше карбона и крепче кевлара? Почему нет электрических батарей, которые заряжаются мгновенно, держат заряд в разы дольше стариков литий-ионных? Почему нет новых графеновых сит, которые способны отфильтровывать чистейшую воду от смеси ядов?
Если взглянуть на рынок, то окажется, что дефицита материала на нем нет. На данный момент есть порядка 30-40 различных способов получения графена. По словам Храновского, сейчас на рынке производится графена в 10 раз больше чем его потребляется! Это тревожный сигнал.
Огромные корпорации в США, Европе и особенно Азии втянулись в гонку роста объемов производства, чтобы занять свою нишу.
Почему же спрос подкачал?
“Есть как минимум два фактора, которые сейчас будут определять судьбу графена - или он будет принят рынком и начнет массово использоваться, или хайп вокруг него исчезнет и он окажется на полке истории,” - отмечает Владимир.
Первый фактор - это цена графена в виде чешуек (1000 Евро за кг). На данный момент стоимость материала является слишком высокой, чтобы ее серьезно обсуждать в промышленных приложениях. Но с последующим ростом производства себестоимость графена будет уменьшаться и в самых оптимистичных прогнозах достигнет порядка 45 евро за кг. То есть фактически чуть больше чем стоимость природного графита. Поэтому есть шанс, что станут экономически выгодными такие продукты с добавлением графена как антикоррозионные покрытия, батареи, мембраны для водоочистки, композиты и даже асфальт, бетон, усиленные им.
Другой фактор - качество. С момента изобретения и по вчерашний день в графеновом материаловедении был Дикий Запад: можно было изготовить любую смесь, наклеить этикетку “ГРАФЕН” и продавать во всем мире. Этим пользовались ловкие дельцы, в первую очередь из Азии, Индии.
“Недавнее исследование сингапурских ученых показало, что из 120 образцов графена, полученных от различных производителей мира, в абсолютном большинстве было порядка 95% графита ! И только 5, а то и 2-3 процента графена”, - рассказывает основатель GRAFREN.
Продукт надо чистить
Здесь как раз и появляется область применения для его технологии.
“Мы можем продавать свой синтезированный и очищенный графен, но, скорее всего, не будем. Мы будем чистить его другим предприятиям” - говорит Владимир. Этот процесс будет напоминать сервис по обогащению породы, уже привычный для нас в металлургии.
Храновский образно описывает весь процесс так: “Представьте себе бассейн, в котором плавают много простыней. Наволочки - тоже много. Носовые платки - еще больше. И бильярдные шары. И все это равномерно перемешано по грубине. А надо получить три бассейна - большие простыни графена, меньше - флейки графена, и маленькие флейки, и отдельно - бильярдные шары”. Этим его компания и собирается заниматься - распределять материал по структуре и размеру. Уникальность технологии, которой владеет компания GRAFREN, в том, что они из смеси графеновых чешуек можно выделить фракции одинакового и максимально похожего размера. Такая себе наносортировка графена.
Что еще будет делать Grafren?
Есть еще как минимум два продукта, над которыми работает команда Храновского.
Первый - фильтр тяжелых металлов с применением графена. Он на 100% готов для частных пользователей, идет сертификация. В производстве это будет пористая масса с внедренным графеном. Она будет способна не только вытягивать металлы из воды, но и в дальнейшем предоставит возможность отделять их и собирать с целью повторного использования. В первую очередь это актуально для таких материалов как например кобальт, кадмий, хром а также редкоземельные металлы.
“Сейчас по решению об очистке воды разговариваем с международными горнодобывающими корпорациями - шведской и бразильской. Также 24 октября едем в Берлин на финальное интервью с огромной водообрабатывающей корпорацией, которая хочет адаптировать наше решение к своему оборудованию и продавать наш материал. Также имеем огромный интерес со стороны Китая, но пока не готовы с ними связываться”, - рассказывает бизнесмен.
Еще один продукт Grafren очень перспективен в будущем. Компания разрабатывает супертонкий фотополимер, усиленный графеном. Он понадобится для 3D-печати сверхтонких, сверхлегких и сверхпрочных устройств будущего. В перспективе его можно будет увидеть в аэрокосмической индустрии, для печати на борту, в космических миссиях, где важен незначительный вес. Или в микропечати разных биологических или физиологических имплантов, биопротезов или даже стентов.
Нужны ли деньги?
Владимир отмечает, что пока не спешит привлекать венчурные инвестиции и предпочитает использовать, как он их называет soft-money. То есть деньги, которые выделяются как гранты и не подразумевают размывание его доли в компании.
“Чем позже придут инвестиции, тем выше будет оценка компании, тем лучше - большую сумму за меньшую долю можно получить,” - говорит он. Лучшие инвестиции, по его словам, это деньги клиентов. Если совсем не обойтись, то в случае наукоемких стартапов он больше верит в сотрудничество с корпорациями.
Также бизнесмен говорит, что рад принять “на борт проекта” украинских ученых. С некоторыми из них он сотрудничает уже сейчас. Например, с Прикарпатским университетом, который исследуют влияние графена на биологические объекты.