Billiges Graphen aus Sojaöl
Graphen besteht aus nur einer Schicht von Kohlenstoffatomen, die sich in einer speziellen Struktur anordnen. Das Material ist so zukunftsträchtig und vielseitig, dass dafür schon 2010 der Nobelpreis in Physik verliehen wurde: Es ist sehr leicht, dabei aber unglaublich stabil - das stärkste bekannte Material, aber trotzdem biegsam. Außerdem leitet es elektrische Impulse besonders effizient.
Teuer, aber vielseitig
Die möglichen Anwendungen von Graphen sind zahlreich: Neuartige Wasserfilter, leichtere Flugzeugbauteile, hauchdünne, aber enorm widerstandkräftige Schutzschichten, biomedizinische Implantate oder enorm leichte Batterien mit deutlich höherer Kapazität als heute könnten möglich werden. Wenn Graphen sich nur günstig genug herstellen ließe. Der Preis von Graphen hängt von der Qualität ab. Ein hauchdünnes Blatt mit etwa zehn Zentimetern Durchmesser kostet heute etwa 700 Euro. Die Kosten für das Material zu senken, ist derzeit ein Hauptziel der Graphenforschung.
Die Studie
„Single-step ambient-air synthesis of graphene from renewable precursors as electrochemical genosensor“, Nature Communications, 30.1.2017
Eine Team der Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO), einer staatlich Forschungseinrichtung in Australien, lässt jetzt mit einer solchen Möglichkeit aufhorchen. In der Studie schreiben die Forscher, sie hätten sich wegen der niedrigen Kosten und dem geringen Verarbeitungsaufwand auf billige Flüssigkeiten oder Biomasse konzentriert, die Kohlenstoff enthalten, zum Beispiel Öl aus Sojabohnen. Ein weiterer Kostenfaktor, den die Forscher ausschalten wollten: Die meisten Methoden setzen auf Vakuum oder komprimierte Gase, um Graphen herzustellen, was mit hohen Kosten und Sicherheitsaufwand verbunden ist. Den Australiern gelang die Herstellung von Graphen aber bei Raumklima.
Graphen kochen
Neben Sojaöl brauchen sie dazu eine Quarzröhre, einen Hochleistungssofen, Nickelfolie und etwa eine halbe Stunde Zeit. Sojaöl und Nickel, das als Katalysator fungiert, kommen in die Röhre und beim Erhitzen lösen sich bei annähernd 300 Grad Celsius die langen Kohlenstoffketten aus dem Öl zu gasförmigen Kohlenstoffbausteinen. Bei der Zieltemperatur von 800 Grad Celsius - wenn das meiste Öl schon verdampft ist - lösen sich daraus weiter die einzelnen Kohlenstoffatome und landen in der Nickelmasse.
Ö1 Sendungshinweis
Dem Thema widmet sich auch ein Beitrag in Wissen aktuell am 2.2. um 13:55.
Bei der folgenden Schnellkühlung auf einer Metallfolie trennen sich die Atome aus der Masse und kristallisieren dabei in die Graphenstruktur und bilden so einen Graphenfilm. Die Methode könnte den Preis gleich auf ein Zehntel drücken, meinen die Australier.
Explosive Massenproduktion
Den Weg zum kommerziell verfügbaren und wettbewerbsfähigen Supermaterial Graphen nehmen die Forscher von CSIRO nicht alleine. Eine andere Methode hat vor Kurzem eine Forschungsgruppe der Kanas State University vorgestellt.
Dabei entsteht Graphen durch die kontrollierte Sprengung eines Gasgemisches, das Kohlenstoff enthält. Das Sprengen mag etwas aufwändiger klingen als die Methode mit Sojaöl, dafür ist diese Methode besonders ertragreich. So oder so – der Preis von Graphen dürfte bald und schnell sinken. Damit werden reale massentaugliche Anwendungen zumindest etwas möglicher.
Isabella Ferenci, Ö1 Wissenschaft