Chalmers styr Europas stora grafensatsning i hamn – och rustar för vidare färd

– Har vi levererat det vi lovade? frågar sig Grafenflaggskeppets föreståndare Jari Kinaret från sitt kontor på fysikinstitutionen på Chalmers, överblickande centrala Göteborgs skyline.

– Ja, vi har levererat mer än man har rätt att kunna vänta sig, fortsätter han. I den analys vi gjort inför avslutandet av projektet har vi lusläst dokumenten som skrevs vid starten. Vi lovade då lite över hundra konkreta saker. En del av dem var vetenskapliga och teknologiska löften och de har alla uppfyllts. Andra handlade om specifika tillämpningar, och där har 60–70 procent av det som utlovats levererats. Vi har också levererat tillämpningar vi inte lovat från början, men det är svårare att kvantifiera.

Hösten 2013 sjösattes det stora, tioåriga forskningsprogrammet om vetenskap, teknik och innovation som gäller grafen samt andra relaterade tvådimensionella material. Den gemensamma finansieringen av Europeiska kommissionen och EU:s medlemsländer var på hisnande 1000 miljoner euro. Ett decennium senare står det klart att den stora satsningen lyckats med sina föresatser. Enligt en rapport från det oberoende forskningsinstitutet WifOR kommer Grafenflaggskeppet att ha skapat ett BNP-bidrag på totalt 3,8 miljarder euro och 38 400 nya jobb i de 27 EU-länderna mellan 2014 och 2030.

Överträffar förväntningarna

– Sett per investerad euro och jämfört med andra EU–projekt, har flaggskeppet presterat 13 gånger bättre än förväntat vad gäller patentansökningar, och sju gånger bättre för vetenskapliga publiceringar. Vi har 17 spin off-företag som fått över 130 miljoner euro i privat finansiering – att någon investerar sina egna pengar är det verkliga exemplet på att man litar på att teknologin fungerar, säger Jari Kinaret.

Han poängterar att det långa tidsspannet varit avgörande för att utveckla koncepten i de olika projekten inom flaggskeppet.

– Vid nya projekt är möjligheten att jobba under en lång tidsskala ett måste, det är viktigare än en stor budget. Det krävs lång tid för att skapa förtroende, dels för varandra inom ett arbetslag, dels för teknologin från investerare, industri och omgivningen. Även projektets storlek har varit viktigt. Det har funnits ett ekosystem kring materialet, med många grafentillverkare och intresserade företag. Det bygger en robusthet, att man vågar satsa på materialet och utveckla det.

Från labb till tillämpning

År 2010 vann Andre Geim och Konstantin Novoselov vid University of Manchester Nobelpriset i fysik för sina banbrytande experiment med det ultralätta och ultratunna materialet grafen. Det var det första kända 2D-materialet och förbluffade världen med sina ”exceptionella egenskaper med ursprung i kvantfysikens märkliga värld” enligt Nobelstiftelsens pressmeddelande. Många möjligheter målades upp för det elektriskt ledande, värmetåliga och ljusgenomsläppande materialet. Jari Kinarets forskargrupp hade utforskat materialet sedan 2006, och när Jari Kinaret fick nys på EU-kommissionens utlysning om ett tioårigt forskningsprogram fick han ingivelsen att skicka in en ansökan. Grafenflaggskeppet initierades för att trygga att Europa skulle behålla sin ledande position inom grafenforskning och innovation, och koordinationen och administrationen landade på Chalmers.

Svindlar tanken att din ingivelse kom att bli EU:s största forskningssatsning genom tiderna?

– Att den treminuterspresentation jag höll på ett möte i Bryssel har vuxit till en verksamhet i 22 länder, med 170 organisationer och 1300 engagerade personer … Man ska inte tänka på sådant, då blir man lätt paralyserad. Ibland måste man bara köra på, säger Jari Kinaret.

Ett av Grafenflaggskeppets mål var att ta de förhoppningar som fanns på materialet, och föra det från labb till tillämpning. Hur har det gått?

– Vi är på bra väg med 100 produkter som är prissatta och på väg ut på marknaden. Många av dem är business to business-produkter som inte är något vi vanliga konsumenter kommer att köpa, men som kan påverka oss indirekt.

– Det är viktigt att komma ihåg att det är komplicerat att få saker i tillämpning. För en forskare kan det krävas att ta fram tio fungerande prototyper, för industrin gäller tio miljoner. Där måste allt klaffa, i stora skalor. Alla komponenter måste fungera likadant och på exakt samma sätt, och vara kompatibla med befintlig produktion i tillverkningen då man inte kan bygga om en hel fabrik för ett nytt material. Kort och gott krävs pålitlighet, reproducerbarhet och tillverkningsbarhet.

Tillämpningar inom en lång rad områden

Grafens extraordinära egenskaper används för att förverkliga nästa generations teknik inom vitt skilda områden, såsom för sensorer för självkörande bilar, avancerade batterier, nya vattenreningsmetoder och sofistikerade instrument för neurovetenskap. På frågan om det finns några tillämpningar Jari Kinaret själv gärna vill lyfta fram, nämner han bland annat de tillämpningar som är på gång inom bilindustrin – som sensorer för att upptäcka hinder för självkörande bilar. De blir, tack vare grafen, så kostnadseffektiva att tillverka att de inte bara kan göras tillgängliga i de dyraste bilmodellerna.

Han lyfter också fram flygindustrin, där ett grafenmaterial för isborttagning på flygplans- och helikoptervingar är under utveckling för företaget Airbus. En annan favorit, som han följt från grundforskning till tillämpning, är utvecklingen av en luftrengörare för Lufthansas passagerarflygplan, som bygger på ett slags ”grafenskum”. Då grafenskummet är mycket lätt kan det värmas upp extremt snabbt. En strömpuls på en tusendels sekund räcker för att höja temperaturen till 300 grader och på det sättet kan man döda mikroorganismer och rengöra luften i flygplanet på ett effektivt sätt.

Han nämnder också det svenska företaget ABB har tagit fram en grafenkomposit till strömbrytare i ställverk. Dessa strömbrytare används för att skydda elnätet och måste vara säkra i bruk. Grafenkompositen ersätter den manuella smörjningen av strömbrytarna, vilket leder till stora kostnadsbesparingar.

– Även inom medicinteknik ser vi att grafen kommer till nytta, men innan tillämpning krävs många år av tester och godkännanden av olika instanser. Bland annat kan man med grafenteknik effektivare kartlägga hjärnan innan en neurokirurgisk operation, då grafentekniken ger en mer detaljerad bild. En annan aspekt av grafen är att det är mjukt och böjbart. Därmed kan det användas för elektroder som planteras in i hjärnan för att behandla skakningar hos Parkinsonpatienter, utan att elektroderna orsakar ärrbildning, säger Jari Kinaret.

Har koordinerats från Chalmers

Att EU valde Chalmers som koordinerande universitet ser Jari Kinaret som en gynnsam faktor för Grafenflaggskeppet.

– Hundratals miljoner kronor har gått till Chalmersforskning, men det som kanske varit viktigare är att vi blivit välkända och synliga inom vissa områden. Vi har även fått kompetenscentret 2D-Tech och grafenprogrammet SIO grafen, båda Vinnovafinansierade och koordinerade från Chalmers respektive Chalmers industriteknik. Jag ser det som bra att valet föll på Chalmers, då det hade kunnat bli ett för stort fokus på den koordinerande organisationen om den vid starten hade varit mer väletablerad inom grafenforskningen.

Vad har varit utmanande under projektets gång?

– Med så många involverade parter som vi har är man inte alltid överens. Men det är bra. I en managementbok jag en gång läste stod det att om två parter alltid är överens är en övertalig. I början av projektet var det också intressant att se vilka stora kulturella skillnader vi hade i kommunikationen och att olika kulturer läser in olika saker mellan raderna, det tog tid att nå fram till att vi skulle vara brutalt raka i vår kommunikation sinsemellan.

Hur har det varit att ha den koordinerande roll som du har haft?

– Jag har så klart fått oroa mig över saker en vanlig fysikprofessor inte behöver oroa sig för, som ett telefonsamtal klockan fyra på morgonen efter Brexitomröstningen eller att hjälpa olika parter med immaterialrätt. Jag har läst fler juridiska kontrakt än jag trodde jag skulle behöva göra som professor. Som forskare går man smalt och djupt in i en roll, här har det i stället handlat om bredd. Jag skulle velat ha båda, men det finns ju bara 26 timmar på en dag, säger Jari Kinaret skämtsamt.

Ny fas för projektet och jobb i EU väntar

För Jari Kinarets del väntar nu ett nytt uppdrag utanför Chalmers som verkställande direktör inom EU-satsningen KDT JU (Key Digital Technologies Joint Undertaking, som snart byter namn till Chips JU), där industri och offentlig verksamhet samspelar för att driva på utvecklingen av nya elektroniska komponenter och system.

Grafenflaggskeppet må ha nått sin hamn i sin nuvarande form, men det påbörjade arbetet fortskrider i en skepnad som snarast kan liknas vid en flottilj. Fortsatt kommer ett dussintal projekt leva vidare under EU-kommissionens Horisont Europa. Chalmers kommer att koordinera ett mindre CSA-projekt med namnet GrapheneEU, där CSA står för ”Coordination and Support Action”. Det ska agera som en sammanhållande kraft mellan de forsknings- och innovationsprojekt som utgör flaggskeppets nästa fas och erbjuda dem olika slags stöd och service, bland annat inom kommunikation, innovation och standardisering.

Grafenflaggskeppet fyller nu tio år. Om projektet hade varit ett tioårigt barn, vad för slags barn hade det varit då?

– Den hade varit en mycket mångsidig livsform. Olika viljor börjar växa fram, kanske är det tonåren som börjar närma sig. Inte att förglömma har vi inom projektet även studerat andra relaterade 2D-material, vi ser att det finns 6000 olika sådana material och av dem har bara cirka 100 studerats. Så det är väl då småsyskonen som börjar komma nu.

Fakta om Grafenflaggskeppet

• Grafenflaggskeppet är det första europeiska flaggskeppet för framtida och framväxande teknologier. Det har koordinerats och administrerats från institutionen för fysik på Chalmers, och när projektet nu går in i nästa fas, GrapheneEU, kommer koordinationen fortsatt utföras av personal som idag arbetar med flaggskeppet, under ledning av Patrik Johansson, professor på Chalmers.
• Projektet har visat sig mycket framgångsrikt i att utveckla den grafenbaserade tekniken i Europa, vilket har resulterat i 17 nya företag, omkring 100 nya produkter, nära 500 patentansökningar och därtill tusentals vetenskapliga artiklar. Sammantaget överträffar projektet EU:s mål för nyttiggörandet från forskningsprojekt tiofaldigt. Chalmers samordning av flaggskeppet har identifierats som en av nyckelfaktorerna bakom framgången, enligt utvärderingen av EU:s forskningsprogram Horisont 2020.
• Den 4–8 september 2023 hålls Grafenveckan på Svenska Mässan i Göteborg. Grafenveckan är en internationell konferens, som även markerar finalen av tioårsjubileet för flaggskeppet Grafen. Konferensen leds gemensamt av akademin och industrin – Patrik Johansson från Chalmers och Anna Andersson från ABB – och förväntas locka över 400 forskare från såväl Sverige och Europa som resten av världen. I upplägget ingår en utställning, presskonferens och aktiviteter för medier, särskilda sessioner för innovation, mångfald och etik, samt flertalet tekniska sessioner. Se hela programmet här.
• Läs pressmeddelandet om Grafenveckan 4-8 september och Grafenflaggskeppets samlade resultat. I Chalmers pressrum finns även högupplösta bilder för nedladdning.