Miljö- och resurseffektivitet hos nanomaterialen grafen och nanocellulosa

Forskningsprojekt, 2015 – 2020

Materialutvecklingen går i en rasande takt. På senare år har nanomaterialen gjort sitt intåg, och ett stort antal nya material med delvis unika egenskaper står i begrepp att göra intåg på marknaden. Två av dessa material är grafen och nanocellulosa. Grafen är unikt tack vara sin oerhörda styrka ? det är det allra starkaste kända materialet som finns. Det har också unika elektriska egenskaper. Grafenet kan tillverkas på en rad olika sätt beroende på tillämpningsområde. Ett mycket lovande användningsområde är som tillsats i plast, där grafenet kan göra plasten väldigt stark och hållbar eller ge den elektriska egenskaper. Ett annat lovande tillämpningsområde är i plattskärmar, där det skulle kunna ersätta det ovanliga materialet indium med grafen och få ungefär samma funktion. Just brist på indium är idag ett stort hot mot tillverkning av plattskärmar och en bidragande orsak till att de är ganska dyra. Nanocellulosa är också oerhört starkt och skulle kunna användas för att förstärka plaster och andra material. Båda materialen är viktiga för svensk industri. Grafen har redan börjat tillverkas i liten skala i Linköping. Chalmers tekniska högskola fick nyligen en stor mängd pengar från EU för att forska på grafen ur ett antal perspektiv, från grundforskning till mer tillämpad forskning. Nanocellulosa tillverkas av skogsråvara, och därför finns det stor potential för tillverkning i det skogrika landet Sverige. Även för nanocellulosa har småskalig produktion inletts, närmare bestämt i Stockholm. Dock innebär inte dessa lovande tillämpningsområden inte att grafen och nanocellulosa nödvändigtvis är bra ur miljö- och resurssynpunkt. Många nanomaterial har ganska hög energianvändning och annan miljö- och resurspåverkan när de tillverkas. Ett exempel är ett nanomaterial som kallas kolnanomaterial, som i vissa fall kan kräva nästan 10 000 gånger mer energi att tillverka än aluminium, som man ju pantar och återvinner just på grund av den höga energianvändningen vid tillverkning. Över lag har många nanomaterial högre energianvändning till tillverkning än traditionella material, såsom aluminium, plast och stål. Det är därför viktigt att studera energianvändning och annan miljö- och resurspåverkan från nanomaterial såsom grafen och nanocellulosa för att kunna guida mot bättre miljö- och resursprestanda. Ett viktigt sätt att göra det är livscykelanalys, där man kan beräkna miljöpåverkan och resursanvändning för ett material genom hela sin livscykel, vilket inkluderar utvinning av råmaterial, produktion av materialet, användningen av materialet, och slutligen också avfallshantering av materialet. Användning av energi, vatten, metaller och andra material, samt utsläpp av växthusgaser och annat, kan summeras genom hela livscykeln. Resultatet blir då mer holistiskt än om man bara hade beaktat exempelvis själva användningen, eller bara produktionen, av materialet. En annan metod för att bedöma resursanvändning är materialflödesanalys. Med den metoden kan ett materials totala användning i alla produkter och tillämpningar beräknas, liksom hur mycket råmaterial som krävs för att tillverka så mycket av materialet. Den mängd råmaterial kan sedan ställas i relation till hur mycket råmaterial som finns, och hur hög utvinningstakten är. Det går även att beräkna hur snabbt råmaterialet kan ta slut. Just den typen av miljö- och resursbedömningar som utförs i livscykelanalys och materialflödesanalys kommer att genomföras i detta projekt. Själva huvudsyftet med det är att försäkra att samhället inte låser in sig i framtida hög miljö- och resurspåverkan från nya material, såsom grafen och nanocellulosa. Eftersom miljö- och resursproblematiken i samhället redan idag är hög är det viktigt att inte skapa större problem.