Често наричан „чудотворен материал“, графенът е един милион пъти по-тънък от човешки косъм, но по-здрав от стомана.

Двуизмерният въглероден материал, направен от единични слоеве графит, добит от земята, е изключително лек, проводим и гъвкав и има потенциал да осигури трансформационни технологии в различни индустрии - от електроника до транспорт.

Днес изследователи от университета Халифа в Обединените арабски емирства (ОАЕ) проучват друга употреба на графена: за производството на питейна вода.

„Тук, в Обединените арабски емирства, цялата ни питейна вода, всъщност, е обезсолена, така че е много критичен сектор както за икономиката, така и за обществото“, казва Хасан Арафат, старши директор на Центъра за изследване и иновации на университета за графен и 2D Материали (RIC2D).

Обезсоляването е процес на премахване на солта от морската вода и пречистването й, за да стане годна за пиене. Той е жизненоважен не само в ОАЕ: повече от 300 милиона души по света разчитат на обезсолена вода.

И тъй като изменението на климата и замърсяването застрашават нашите ограничени запаси от прясна вода, този брой ще расте.

Но обезсоляването е скъп и енергоемък процес. Ето къде се намесва графенът: Арафат работи върху обогатена с графен мембрана, която може да направи процеса по-ефективен и по-евтин.

„Тази година станахме свидетели на огромен брой бедствия, дължащи се на изменението на климата“, казва ученият. „Недостигът на вода е глобален проблем и се влошава с всеки изминал ден. Да знаем, че допринасяме за решаването на тези проблеми е много удовлетворяващо.“

Разтвори за обезсоляване

RIC2D е създадена през 2022 г. в университета Халифа с инвестиция от правителството на Абу Даби за по-нататъшно изследване на иновациите около графена и неговото производство.

Докато ролята на Арафат като старши директор му дава поглед върху много проекти, неговите собствени изследвания са фокусирани върху водата.

Ученият казва, че графенът може да удължи живота на филтрите, като предотврати "замърсяването", което се случва, когато бактериите се натрупат върху мембраната и влошат качеството.

Използването на графен за „подобряване на производителността“ на филтрите може да помогне за намаляване на потреблението на енергия и спад на разходите за обезсоляване, според Арафат.

„Дори в малки количества, тези графенови материали значително подобряват работата на мембраните по отношение на производството на вода“, добавя той.

Понастоящем във фаза на разработка, мембраните ще бъдат мащабирани и произведени през следващата година в Университета на Манчестър в Обединеното кралство - партньор на RIC2D в изследванията на графена, казва Арафат. След това ще бъдат тествани в инсталация за обезсоляване.

Арафат не е единственият, който вижда графена като решение за обезсоляване на вода - стартиращи компании, като Watercycle Technologies, разработват мембрани, подсилени с графен, за премахване на специфични минерали от водата, докато Molymem се фокусира върху отстраняването на багрила.

Арафат обаче твърди, че мембраната на RIC2D „излиза от сферата” на подобни филтри, а партньорството с университета в Манчестър им позволява да мащабират технологията за индустриални тестове.

RIC2D проучва и други приложения за графен, като например устойчиви строителни материали с потенциал за намаляване на емисиите на въглероден диоксид и решения за възобновяема водородна енергия.

Изработване на графен от метан

Въпреки потенциала си за трансформация, графенът се оказва труден и скъп за производство в мащаб.

Един от начините да се направи е чрез премахване на единични слоеве от графита, което ограничи въздействието му върху решенията за масовия пазар. Изследователите от RIC2D обаче работят върху варианти за намаляване на разходите и времето „без компромис с качеството“, казва Арафат.

Друг производствен метод използва плазмена химия за извличане на въглерод от газове, като метан (парников газ, съставен от въглерод и водород), които са странични продукти от работата на нефтената и газовата индустрия.

ОАЕ е един от най-големите производители на петрол в света и около 30% от БВП на нацията идва от въглеводороди. Въпреки това, страната търси начини да диверсифицира икономиката си и се стреми към нулеви емисии до 2050 г. Графенът може да помогне и в двете.

RIC2D си сътрудничи с британския стартъп Levidian, който разработва свой собствен процес за извличане на въглерод от метан.

Като се използва веригата за доставки на ОАЕ, има „страхотна възможност графенът да работи в подкрепа на борбата с изменението на климата“, казва Джеймс Бейкър, главен изпълнителен директор на Graphene@Manchester - центърът за графен иновации в Университета на Манчестър, който си партнира със създадената през 2022 г. лаборатория RIC2D в университета Халифа.

Всеки базиран на въглерод материал – включително отпадъци от нефтената и газовата промишленост или петролни продукти, като автомобилни гуми, може да бъде „ефективно рециклиран или повторно използван“ за създаване на химически произведен графен, казва Бейкър.

„Има голям интерес в ОАЕ за производство на графен и ние работим по увеличаване на мащаба му – от грамове до тонове,“ допълва той.

Има допълнителна полза от производството на графен от метан: извлеченият водород може да се използва като гориво. Ученият добавя, че графен-композитните материали могат да намерят приложение и в съхранение на водорода в по-здрави съдове под налягане.

„Вие не само декарбонизирате отпадъците, вие ги използвате, вместо да ги изхвърляте или изгаряте“, добавя Бейкър.

Глобално мислене

На Седмицата на Graphene през септември - инициатива, финансирана от Европейския съюз, RIC2D показа множество проекти, поели по пътя на комерсиализацията, включително сътрудничество с френската компания Grapheal, която произвежда базирани на графен биосензори, и партньорство с турската NanoGrafen, който изследва как да преобразува отпадъчни материали, като използвани гуми, в графенови продукти за създаването на композитни строителни материали.

Въпреки това, „колкото по-нова, новаторска и променяща живота е идеята, толкова по-дълъг ще бъде пътят до нейното окончателно комерсиализиране“, казва Арафат.

Той се надява, че неговите изследвания могат да окажат влияние в Емирствата и извън тях. „Започваме на местно ниво, със сигурност мислим глобално“, казва той.

Новините на Darik Business Review във Facebook , Instagram , LinkedIn и Twitter !