Grafen och andra kolnanomaterial kan ersätta knappa metaller

​Knappa metaller finns i mängder av vardagsting omkring oss. De är komplicerade att utvinna, svåra att återvinna och så ovanliga att flera av dem blir konfliktmetaller som underbygger strider och förtryck. Nu visar en kartläggning på Chalmers att det finns möjliga tekniklösningar för att ersätta många av metallerna med kolnanomaterial som grafen.
​De finns i din dator, i din mobiltelefon, i många av plasterna omkring oss och i nästan all elektronisk utrustning. Samhällets beroende av de knappa metallerna är stort, och det är ett beroende med många nackdelar.
 
Knappa metaller, som exempelvis tenn, silver, volfram och indium, är nämligen både ovanliga och svåra att utvinna, eftersom de brytbara koncentrationerna är mycket små. Det gör metallerna eftertraktade – och utvinningen av dem en grogrund för konflikter, till exempel i Kongo-Kinshasa där de finansierar väpnade strider.
 
Dessutom är de svåra att återvinna med lönsamhet eftersom de oftast finns i liten mängd i olika komponenter, exempelvis i elektronik.
 
Rickard Arvidsson och Björn Sandén, forskare i miljösystemanalys på Chalmers, har nu granskat en alternativ lösning: att ersätta de knappa metallerna med kolnanomaterial. Dessa ämnen, där grafen är det mest välkända, är liksom knappa metaller starka material med god ledningsförmåga.
 
– Antingen satsar vi på att återvinna de knappa metallerna, eller så ersätter vi dem med något vanligare. Nu har teknikutvecklingen gjort att vi i större utsträckning kan använda det vanliga grundämnet kol. Idag finns många nya kolnanomaterial med liknande egenskaper som metaller. Det är ett välkommet nytt spår, säger Björn Sandén.
 
Forskarna har tittat på den huvudsakliga användningen för 14 olika metaller, och genom att granska patent och vetenskaplig litteratur undersökt möjligheten att ersätta dem med ett kolnanomaterial. Resultatet är en unik överblick över den forskning och teknikutveckling som finns på området.
 
Enligt Arvidsson och Sandén visar sammanställningen att en omställning från knappa metaller till kolnanomaterial redan är på gång.
 

"Tänk att kunna ersätta de här materialen med kol, där det finns ett naturligt kretslopp om kolet utvinns ur biomassa"

Professor Björn Sandén, Chalmers
 
– För 13 av de 14 metaller vi undersökte fanns potentiella tekniklösningar för att ersätta dem med kolnanomaterial i deras vanligaste tillämpningar. Teknikutvecklingen har nått olika långt för olika metaller och tillämpningar, men i vissa fall, som för indium och gallium, är resultaten väldigt lovande, säger Rickard Arvidsson.
 
– Det här ger hopp, säger Björn Sandén. I diskussionen om resursbegränsningar, cirkulär ekonomi och samhällets materialhantering har återvinning och återanvändning länge varit i fokus. Ersättningsspåret är en möjlig utväg som inte har diskuterats lika mycket, och i takt med att resursproblemen blir allt mer tydliga har vi nu ytterligare redskap att jobba med.
 
Forskningsresultaten publicerades nyligen i tidskriften Journal of Cleaner Production. Rickard Arvidsson och Björn Sandén betonar att det finns stora potentiella vinster med att minska användandet av knappa metaller, och de hoppas kunna bidra till att stärka argumenten för mer forskning och utveckling inom området.
 
– Tänk att kunna ersätta de här materialen med kol, där det finns ett naturligt kretslopp om kolet utvinns ur biomassa. Då behöver du inte bry dig om att återvinna din dator, du kan bara elda upp den! Eller, lite mindre utopiskt – det blir åtminstone betydligt lättare att återvinna de metaller som återstår, säger Björn Sandén.
 
– Eftersom kol är ett så vanligt och tillgängligt material skulle också konflikter och geopolitisk problematik kopplade till de här metallerna kunna minska, säger Rickard Arvidsson.
 
Samtidigt påpekar de att mer forskning behövs på området, för att möta eventuella nya problem som kan uppstå om de knappa metallerna ersätts.
 
– Kolnanomaterial är relativt nyupptäckta, och än så länge är kunskapen begränsad om deras miljöpåverkan ur ett livscykelperspektiv. Men generellt kan man säga att det finns potential till liten miljöpåverkan, säger Rickard Arvidsson.
 
Text: Ulrika Ernström
 

FAKTA, FORSKNING OCH MER INFORMATION:

Kolnanomaterial består endast eller huvudsakligen av kol, och är starka material med god ledningsförmåga. Flera knappa metaller har liknande egenskaper. Metallerna finns till exempel i kablar, tunna skärmar, flamskyddsmedel, rostskydd och kondensatorer.
 
Rickard Arvidsson och Björn Sandén vid Chalmers har undersökt om kolnanomaterialen grafen, fulleren och kolnanorör har potential att ersätta 14 knappa metaller i deras största tillämpningsområde. För alla utom guld i smycken fann de potentiella tekniklösningar för att ersätta metallerna med kolnanomaterial. De metaller där en ersättning ligger närmast i tiden är indium, gallium, beryllium och silver.



 
Läs mer om Rickard Arvidsson, docent vid avdelningen Miljösystemanalys på institutionen för teknikens ekonomi och organisation.

Läs mer om Björn Sandén, professor vid avdelningen Miljösystemanalys på institutionen för teknikens ekonomi och organisation
 

Publicerad: fr 15 sep 2017. Ändrad: to 21 sep 2017