Графену так и не удалось выйти за пределы лабораторий

ЭкспертНаука

Революция откладывается

Графену так и не удалось выйти за пределы лабораторий, но исследования чудо-материала продолжаются

Заур Мамедьяров

Фото ТАСС

История графена, материала, открытого в 2004 году, — яркий пример преждевременного технологического оптимизма. Графен привлек внимание публики своими свойствами — он в 200 раз прочнее и в шесть раз легче стали и обладает огромной электро- и теплопроводностью. Но одно дело наблюдать за материалом крошечного размера в лаборатории, совсем другое — масштабировать его.

Графен относится к двумерным материалам, уникальные электрические свойства которых обещают прорывные применения. Так, двумерные материалы могут образовывать регулируемые энергетические щели, которые можно настраивать на длину волны солнечного света, благодаря чему они становятся идеальным материалом для производства сверхэффективных солнечных панелей. Привлекает внимание и невероятная прочность двумерных веществ. Было установлено, что даже двухслойный графен в результате фазового перехода может стать тверже и прочнее алмаза.

Но волшебных свойств оказалось недостаточно, чтобы произошла графеновая революция. Между открытием материала и его появлением в батареях смартфонов или электрокаров лежит пропасть. Хуже того, материал может оказаться и вовсе невостребованным: достаточно вспомнить фуллерен, которому все пророчили огромное будущее в 1980-е годы, но никаких революционных применений материала так и не появилось. Как бы то ни было, исследования продолжаются. Графеном в мире занимаются более 300 компаний, в том числе в рамках крупнейшей исследовательской инициативы Евросоюза Graphene Flagship с бюджетом миллиард евро.

Джеймс Бейкер, исполнительный директор Национального института графена в Манчестерском университете, считает, что материал еще молод и даже двадцати лет недостаточно, чтобы совершить отраслевую революцию. Предстоит преодолеть множество сложностей при получении и обработке графена, которые сейчас делают его слишком дорогим. Стоимость производства графена оценивается в тысячи долларов за килограмм, что лишает его конкурентоспособности по сравнению с другими современными материалами. Это подтвердил «Эксперту» и заместитель директора малого инновационного предприятия «Графен» Григорий Александров. По его словам, массовому внедрению на рынок препятствует высокая стоимость оксида графена и углеродных нанотрубок, необходимых для изготовления графеновых компонентов.

Большая часть патентов на технологию графеновых аккумуляторов сейчас принадлежит компаниям из Испании, Южной Кореи и Китая, однако г-н Александров полагает, что производство графеновых батарей будет сосредоточено в Китае или на Тайване.

Сооснователь Ora Graphene Audio (компания специализируется на производстве аудиоустройств с использованием графена) Ари Пинкас считает главным ограничением отсутствие надежных и доступных методов производства графена. По его словам, сейчас трудно получить высококачественный графен с сохранением всех его свойств в объемах, необходимых для массового производства. Даже малейшие дефекты материала будут негативно сказываться на его прочности, гибкости, электро- и теплопроводности.

Руководитель научно-исследовательской лаборатории компании IDTechEx Хаша Гаффарзаде считает, что до переломного момента, когда графен станет достаточно дешевым и найдет достаточное количество применений, чтобы широко внедрить его в промышленность, остается еще как минимум два года. Сдержанные оценки по поводу темпов внедрения графена дает и глава исследований в сфере технологий, медиа и телекоммуникаций компании Deloitte Пол Ли, который уверен, что в ближайшие пять лет повсеместной замены литий-ионных батарей графеновыми не случится.

Надежды остаются

Хотя сверхоптимизма инвесторов по отношению к графену уже нет, ряд компаний продолжают надеяться на успех. Среди них британская Applied Graphene Materials, которая была создана в 2010 году при поддержке Даремского университета. Компания экономически выигрывает за счет производства графена из этанола, а не из графита, и в настоящее время совершенствует собственную запатентованную технологию Structural Ink, применяемую для нанесения графена на композитные материалы. В партнерстве с французским концерном Airbus компания также ищет способы применения графена при производстве спутников.

Другой пионер графена — валлийская компания Haydale, которая нашла способ использования материала в чернилах и красках. Имея в своем распоряжении четыре плазменных реактора, компания добавляет графен в композитные материалы. Несмотря на то что в 2018 году Haydale столкнулась с финансовыми трудностями, председатель совета директоров Дэвид Бэнкс считает, что в перспективе компания выиграет от массовой коммерциализации графена. Несколько лучше дела идут у британской Versarien, которая производит графеновые пластинки и чернила и недавно подписала с южнокорейской компанией Axia Materials соглашение о совместной разработке улучшенных композитных материалов для использования в аккумуляторах электрокаров и встроенных сенсорах умных домов.

Пока графен более или менее успешно можно применить только для улучшения обычных литий-ионных аккумуляторов. Прошел почти год с тех пор, как в Samsung заявили, что разработали графеновый материал для аккумулятора, — графен дополняет привычную технологию: тонким слоем графеновых «шариков» покрыты электроды аккумулятора. Было заявлено, что он полностью заряжается за 12 минут — в пять раз быстрее, чем обычные литий-ионные аккумуляторы. Но пока аккумулятора никто не видел.

Над внедрением графеновых технологий в производство аккумуляторов для смартфонов работает и Huawei. В аккумуляторе, который компания выпустила в 2016 году, графен использовался для снижения его температуры при работе. Теперь же в технологическом сообществе распространилась информация (правда, неподтвержденная), что литий-ионной батареей с использованием графена будет оснащен смартфон Honor Magic 2, который Huawei намерена выпустить в декабре. А каталонский стартап Earthdas планирует наладить производство первых коммерчески рентабельных графеновых аккумуляторов, которые, по словам разработчиков, заряжаются в 12 раз быстрее сегодняшних литий-ионных батарей, а их емкость больше на 60 процентов. Предполагается, что первые три тысячи аккумуляторов будут готовы уже в этом году. Если планы компаний реализуются, их проекты станут первыми примерами массового производства аккумуляторов с содержанием графена.

Графеновый материал, разработанный Samsung

Литий не заменить

Оптимисты надеются, что графен сможет реализовать свой коммерческий потенциал. Манчестерский университет даже создал Инженерный и инновационный центр графена стоимостью 60 млн фунтов, цель работы которого — ускорить коммерциализацию материала. Однако наивно ожидать, что графен заменит литий. Несмотря на появление отдельных проектов, связанных с графеном, даже по оптимистическим прогнозам британской компании Allied Market Research, к 2022 году объем рынка графеновых батарей достигнет всего 115 млн долларов (сегодня не более 40 млн). Это несравнимо с объемом рынка литий-ионных батарей, который оценивается в 30 млрд долларов, а к 2022 году, как ожидается, удвоится.

Если Международное энергетическое агентство не ошибается насчет роста числа электромобилей на дорогах до 125 млн с текущих трех миллионов к 2030 году, то становится очевидно, что графен никак не сможет помочь новому сегменту рынка. Кто бы ни коммерциализировал новые батареи первым, быстро масштабировать производство графена не удастся. Качество продукции уже вызывает вопросы: не так давно Национальная физическая лаборатория Великобритании запустила инициативу, призванную помочь компаниям проверить качество графена, который те приобретают.

Надежда, что спрос на графен обеспечат смартфоны, тоже ничем не оправдана — их мировые продажи не показывают былых темпов роста (во втором квартале 2018 года, по данным консалтинговой компании IDC, продажи смартфонов даже упали на 1,8% по сравнению с аналогичным периодом прошлого года).

Литий-ионные аккумуляторы останутся основной технологией, а представители ЕС и США продолжат опасаться, что амбициозные планы Китая в сфере электромобилей еще сильнее укрепят позиции страны на этом рынке. Сегодня производство лития остается во власти всего нескольких компаний: американской Albemarle, чилийской Sociedad Qumica y Minera de Chile и китайских Tianqi Lithium и Ganfeng Lithium, которые добывают литий в Австралии. По мнению главного технического директора компании Lithium Americas доктора Дэвида Дика, для полного перехода на электротранспорт нужно увеличить ежегодное производство лития с нынешних 182 тыс. тонн до 3,1 млн тонн.

По всей видимости, графеновые аккумуляторы в ближайшие годы генерировать прибыль не смогут и останутся в области НИОКР. Только когда удастся создать углеродные наноматериалы, по стоимости сравнимые с углеродным волокном (10–30 долларов за килограмм), можно будет говорить о новом поколении накопителей энергии, «носимой» электроники, сверхпрочных композитных материалов.

Эксперт Graphene Flagship, профессор Института фотоники в Барселоне Франк Коппенс, выступая на конгрессе Mobile World 2018, сказал: «Удивительно, что люди говорят о чрезмерно долгом пути графена к коммерциализации. Если вы оглянетесь в прошлое, то увидите, что раньше новые технологии выходили на рынок намного дольше, чем графен. Технологии, лежащие в основе ваших смартфонов, появились тридцать-сорок лет назад — это более двух десятков Нобелевских премий». Впрочем, вопрос в том, не как скоро произойдет коммерциализация, а произойдет ли она вообще.

Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Выстраданный блокбастер: почему «Веном» и получился, и нет Выстраданный блокбастер: почему «Веном» и получился, и нет

«Веном» с Томом Харди снят так, как будто Человек-паук — все еще Тоби Магуайр

Esquire
Похождения суши Похождения суши

Под Британские острова подвели новый геологический фундамент

Огонёк
Венесуэльский автобус идет к обрыву Венесуэльский автобус идет к обрыву

Победа президента Мадуро на выборах усугубит экономический кризис в Венесуэле

Эксперт
В двух Томах В двух Томах

Том Харди поистине двулик. Милый человек в жизни — воплощение зла на экране

Glamour
Работа для счастья. Как привлечь в компанию талантливую молодежь Работа для счастья. Как привлечь в компанию талантливую молодежь

Поколение Z может оказаться в работе куда эффективнее опытных конкурентов

Forbes
Начальник в фартуке. Как преодолеть гендерные барьеры Начальник в фартуке. Как преодолеть гендерные барьеры

Иногда «стеклянный потолок» опускается слишком низко

Forbes
Atomic Heart Atomic Heart

Atomic Heart. Не «русский BioShock», а «Чёрное зеркало» в СССР

Игромания
Принцесса и горошины: одержимая художница Яёи Кусама Принцесса и горошины: одержимая художница Яёи Кусама

Яёи Кусама — королева авангардного искусства и автор запоминающихся арт-объектов

Cosmopolitan
Fortnite: Battle Royale Fortnite: Battle Royale

Fortnite: Battle Royale. Та же PUBG, только в профиль

Игромания
20 ложных убеждений, которые не дают вам двигаться вперед 20 ложных убеждений, которые не дают вам двигаться вперед

Откуда берутся ложные убеждения и как с ними бороться?

Psychologies
Открытие года. Feduk Открытие года. Feduk

Открытие года. Рэпер Feduk — о независимости в русском шоу-бизнесе

GQ
Домашнее животное. Краткий курс счастливой жизни Домашнее животное. Краткий курс счастливой жизни

Домашнее животное. Краткий курс счастливой жизни

Популярная механика
Старт миссии на остров Диско: очень холодно и очень красиво Старт миссии на остров Диско: очень холодно и очень красиво

Благодаря отопительному котлу в жилище ученых на заполярном острове будет тепло

Популярная механика
Как Ermanno Scervino влюбился в Москву Как Ermanno Scervino влюбился в Москву

Эрманно Шервино поделился своей историей в преддверии московского показа

Vogue
Опора на своих Опора на своих

Рынок туризма Германии развивается за счет собственных путешественников

РБК
«Люблю тебя по-прежнему, но я уже не та женщина, на которой ты когда-то женился» «Люблю тебя по-прежнему, но я уже не та женщина, на которой ты когда-то женился»

Мать двоих детей написала письмо мужу

Psychologies
Пять полезных сладостей Пять полезных сладостей

Какие полезные вкусности стоит включить в привычный рацион

Psychologies
8 осенних кампейнов со знаменитостями 8 осенних кампейнов со знаменитостями

От Сергея Полунина в Balmain до Ники Минаж в новой рекламе Diesel

Esquire
Volkswagen Touareg Volkswagen Touareg

Volkswagen Touareg. Эпоха дизелей еще отнюдь не закончилась

Quattroruote
Гетман раздора Гетман раздора

К анафеме Ивана Мазепы появились канонические вопросы

Огонёк
10 новичков рейтинга крупнейших частных компаний России — 2018 10 новичков рейтинга крупнейших частных компаний России — 2018

Какие компании смогли увеличить выручку?

Forbes
Деньги крупным кланом Деньги крупным кланом

История семьи, завладевшей экономикой США

GQ
Отношения с женатым: в чем опасность? Отношения с женатым: в чем опасность?

Разбираемся, почему женщины соглашаются на роль второго плана

Psychologies
Могут ли украсть деньги в метро с бесконтактной банковской карты? Могут ли украсть деньги в метро с бесконтактной банковской карты?

Девушки боятся, что к ним в метро прижмется хакер с терминалом в кармане

CHIP
Вечный огонь: 25 фактов о легендарных зажигалках Zippo Вечный огонь: 25 фактов о легендарных зажигалках Zippo

О зажигалке Zippo, история которой проста и удивительна одновременно

Maxim
Спасибо, что без дачи Спасибо, что без дачи

Лев Рубинштейн — о последнем оплоте интеллектуала

GQ
Есть ли жизнь после экзаменов Есть ли жизнь после экзаменов

7 вызовов, стоящих перед школой в цифровую эпоху

Русский репортер
Элемент философии от Škoda Элемент философии от Škoda

Элемент философии от Škoda. Superb больше, чем хетчбэк

Русский репортер
Районы, кварталы Районы, кварталы

Модель Ольга Зуева — о переезде в Нью-Йорк и режиссерском дебюте

GQ
Бульдозер и колготки. Россия допустит женщин к запрещенным профессиям Бульдозер и колготки. Россия допустит женщин к запрещенным профессиям

В ближайшее время женщины смогут работать машинистами локомотивов

Forbes
Открыть в приложении