Grafen er et sandt vidunder inden for materialvidenskab. De kulstofatomer, der indgår i denne form, arrangerer sig i todimensionale lag. Dette giver grafen fordelagtige egenskaber: Det er elektrisk ledende, næsten gennemsigtigt og har en høj trækstyrke. Siden sin første syntese i 2004 er materialet blevet meget undersøgt, også på Empa. Dets påvirkning på mennesker og miljø blev grundigt undersøgt i et EU-«Graphene Flagship»-projekt med Empa-deltagelse.
Nu tager Empa-forskere et skridt videre og anvender 'Safe and Sustainable by Design'-princippet (SSbD) på det nye materiale. "Grafen er et godt eksempel, fordi der allerede findes mange studier og data om det," forklarer Peter Wick, leder af Empa-laboratoriet "Nanomaterials in Health". "Også vi har arbejdet med dette materiale i ti år som en del af 'Graphene Flagship'."
De grundlæggende ideer bag SSbD-konceptet er ikke nye, fortsætter forskeren: Grafens sikkerhed og bæredygtighed har allerede været et centralt emne i flagrederprojektet. Ny er sammenkoblingen af disse emner i 'SSbD- rammeværket', som skal muliggøre bæredygtige og sikre innovationer for industrien.
Empa- forskernes mål var dermed heller ikke (kun) at finde ud af, om grafen i sig selv er sikker og bæredygtig. "Vi ville udnytte de gode data til at teste anvendelsen af SSbD-rammeværket og finde ud af, hvor og hvordan det kan videreudvikles og forenkles," forklarer Empa-forsker Fiorella Pitaro fra afdelingen "Teknologi og Samfund".
Et navn, mange materialer
Opgaven er kompleks: Som følge af den intensive forskning og udvikling de sidste to årtier er der kommet en hel vifte af beslægtede produkter til rent grafen, såkaldte grafen-lignende materialer. Der findes rent grafen, men også grafenoxid, reduceret grafenoxid, "Few-Layer-Graphene", bestående af flere lag, og mange flere. Selve disse termer er ikke altid entydige og kan også selv angive flere lidt forskellige materialer.
Mangfoldigheden er en udfordring, men også en fordel for anvendelsen af SSbD. "Vi kan sammenligne data for hver af disse materialesubklasser og vurdere, hvordan skadepotentialet for en bestemt variant hænger sammen med dens struktur," siger Wick. "Da de ofte har lignende funktionaliteter, kan man ideelt set bruge den sikreste form af grafen til enhver brug."
Også den måde, materialet kommer ind i den menneskelige krop, er afgørende for udvalg til sikkerhed: Bliver det inhaleret eller injiceret direkte i blodbanen som en del af en medicin? Finder dets vej gennem fødekæden til vores fordøjelsessystem, eller påføres det huden? "For at kunne vurdere risikoen for mennesker pålideligt, må vi kende materialets anvendelse," siger Wick. Anvendelsen bestemmer, om, hvordan og i hvilken mængde en udsættelse finder sted.
Tilgængelig og pålidelig
"De værktøjer og modeller, der kan anvendes til evalueringer i SSbD- rammeværket, blev hovedsageligt udviklet til kemikalier," siger Fiorella Pitaro. Hvor molekylstrukturen alene bestemmer egenskaberne for kemikalier, spiller mange flere faktorer ind, når det kommer til materialer: overfladekarakter, partikel struktur og størrelse, forarbejdningstype og meget mere. Et yderligere mål for Empa-forskerne er derfor at videreudvikle de eksisterende SSbD-værktøjer, så de også kan anvendes til materialer.
Målet med SSbD er at fremme bæredygtige og sikre innovationer. "For at industrien, især SMV'er, skal kunne anvende det, skal rammeværket blive mere tilgængeligt og enkelt," siger Peter Wick. De udsagn, det gør om sikkerheden og bæredygtigheden af undersøgte materialer og kemikalier, bør imidlertid være så pålidelige som muligt. For at kunne balancere disse modstridende krav kræves yderligere forskning - noget som Empa-holdene fremmer i forskellige projekter.
Hvad angår grafens sikkerhed og bæredygtighed, er eksperterne forsigtigt optimistiske. På mange områder og i mange anvendelser synes materialet at være sikrere og mere bæredygtigt end de kulstofbaserede alternativer, der bruges i dag. Dette er dog ingen fribillet til at frigive det ubegrænset i miljøet, advarer de. "Vi ved ikke alt endnu," siger Empa-forsker Wick.