Bezpečné a udržitelné od začátku: Grafén jako praktický příklad

Grafén je skutečným zázrakem materiálové vědy. V této formě uhlíku se atomy řadí do dvojrozměrných vrstev. To dodává grafénu výhodné vlastnosti: je elektricky vodivý, téměř průhledný a má vysokou pevnost v tahu. Od svého prvního syntetizování v roce 2004 je tento materiál intenzivně zkoumán, včetně výzkumu na Empa. Jeho dopady na lidi a životní prostředí byly podrobně zkoumány v rámci projektu EU «Graphene Flagship» s účastí Empa.

Nyní jdou výzkumníci z Empa o krok dál a aplikují princip «Safe and Sustainable by Design» (SSbD) na tento nový materiál. «Grafén je dobrým příkladem, protože o něm existuje již mnoho studií a dat,» vysvětluje Peter Wick, který vede laboratoř Empa «Nanomaterials in Health». «I my jsme se v rámci ‹Graphene Flagship› deset let zabývali tímto materiálem.»

Základní myšlenky konceptu SSbD nejsou nové, říká výzkumník: bezpečnost a udržitelnost grafénu byly již klíčovým tématem v projektu Flagship. Nové je sjednocení těchto témat v rámci «SSbD-Framework», který má umožnit průmyslu vyvíjet udržitelné a bezpečné inovace.

Empa výzkumníci se tedy nesnažili (jen) zjistit, zda je grafén jako takový bezpečný a udržitelný. «Chtěli jsme využít dobré datové základny k testování aplikace SSbD-Framework a zjistit, kde a jak jej lze ještě dále rozvíjet a zjednodušit,» vysvětluje Empa výzkumnice Fiorella Pitaro z oddělení «Technologie a společnost».

Název označuje mnoho materiálů

Úkol je složitý: aktivním výzkumem a vývojem posledních dvou desetiletí vznikla celá řada příbuzných produktů k čistému grafénu, takzvané grafénové podobné materiály. Existuje čistý grafén, ale i grafenoxid, redukovaný grafenoxid, «Few-Layer-Graphene», který se skládá z několika vrstev, a mnohé další. I tyto pojmy nejsou vždy jednoznačné a mohou samy označovat několik mírně odlišných materiálů.

Tato rozmanitost je výzvou, ale také výhodou pro aplikaci SSbD. «Můžeme porovnávat data pro každou z těchto podtříd materiálů a učinit prohlášení o tom, jak jejich struktura souvisí s potenciálem škod,» vysvětluje Wick. «Jelikož mají často podobné funkce, může se pak v ideálním případě pro každou aplikaci použít nejbezpečnější forma grafénu. I cesta, jak material pronikne do lidského těla, je rozhodující pro prohlášení o jeho bezpečnosti: Inhaluje se nebo je součástí léku, který se přímo vstřikuje do krevního oběhu? Dostane se do našeho trávicího traktu prostřednictvím potravního řetězce, nebo se aplikuje na kůži? «Aby bylo možné spolehlivě odhadnout riziko pro člověka, musíme znát aplikaci materiálu,» říká Wick. Protože aplikace určuje, zda, jak a v jakém množství k expozici dochází.

Dostupné a spolehlivé

«Nástroje a modely, které lze použít pro hodnocení v SSbD-Framework, byly vyvinuty především pro chemikálie,» říká Fiorella Pitaro. Kde vlastnosti chemikálií určuje především molekulární struktura, hraje u materiálů ve hře mnohem více faktorů: povrchová struktura, tvar a velikost částic, způsob zpracování a mnohem více. Dalším cílem výzkumníků Empa je proto dále rozvíjet existující SSbD nástroje, aby mohly být použity i na materiály.

Cílem SSbD je podporovat udržitelné a bezpečné inovace. «Aby jej průmysl, zejména malé a střední podniky, mohl aplikovat, musí být rámec ještě dostupnější a jednodušší,» říká Peter Wick. Výroky o bezpečnosti a udržitelnosti zkoumaných materiálů a chemikálií by však měly být přitom co nejspolehlivější. Pro splnění těchto protichůdných požadavků je ještě potřeba dalšího výzkumu – něco, co týmy Empa pohání v různých projektech.

Pokud jde o bezpečnost a udržitelnost grafénu, jsou odborníci opatrně optimističtí. V mnoha oblastech a aplikacích se zdá, že materiál je bezpečnější a udržitelnější než dnes používané alternativy na bázi uhlíku. To však není propustka k jeho neomezenému vypouštění do životního prostředí, upozorňují. «Ještě nevíme vše,» říká výzkumník Empa Wick.

Poznámka redakce: Autorská práva k obrázku náleží príslušnému vydavateli. Autorská práva k obrázku: Empa