• Chris

Graphene – Wundermaterial oder nur ein Hype?


„Wir haben ein Material entdeckt, was uns in ein neues Zeitalter von Innovationen katapultieren wird. Es scheint mit all seinen Fähigkeiten fast schon surreal!“ So in etwa wurde die phänomenale Entdeckung zweier Wissenschaftler über die letzten Jahre hinweg in den Medien präsentiert. Die Rede ist von „Graphen“! Ein Supermaterial, welches das Potential hat, die Welt zu verändern.

Aber habt ihr schon mal davon gehört? Da es bereits 2004 von Andre Geim und Konstantin Novoselov an der Universität von Manchester entdeckt wurde, sollte man doch denken – ja! Immerhin erhielten sie dafür 2010 sogar den Nobelpreis für Physik. Trotzdem ist Graphen wohl nur den wenigsten ein Begriff. Denn die reine Entdeckung eines revolutionären Materials ist heutzutage nicht mehr mit einer erfolgreichen Etablierung am Markt gleichzusetzen. Nimmt man Silizium als Beispiel: Auch wenn Graphen Computerchips alles überbieten würden, was derzeit mit Silizium möglich ist, ist die Produktion aufgrund der hohen Herstellungskosten und geringen Nachfrage noch nicht rentabel. Somit bleiben Unternehmen bei dem minderwertigeren Produkt und bremsen damit den Fortschritt etwas aus. Aber was macht dieses Graphen eigentlich so besonders?


Bisher leben wir in einer Welt, die von uns dreidimensional, also räumlich, wahrgenommen wird! Graphen ist jedoch das erste jemals entdeckte zweidimensionale Material. Eine Schicht ist nur so dick wie ein Atom und gleichzeitig das stärkste uns bekannte Material – mindestens 100x stärker als Stahl. Rein theoretisch könnte man auf eine einzelne Schicht Graphen eine ausgewachsene Katze setzen, ohne dass sie einbrechen würde. Dabei wiegt das Material, auf dem sie sitzt, gerade einmal so viel wie ein Schnurrhaar! Gar nicht schlecht für ein Atom! Vorallem wenn man bedenkt, woher es stammt.

Die Basis von Graphen ist Kohlenstoff, genauer Graphit. Dieses weiche, zerbrechliche Material, dass in unseren Bleistiften verwendet wird. Trägt man davon jedoch eine einzelne Schicht ab, wird es dank der Anordnung seiner Atome in Wabenform zu dem beschriebenen Supermaterial. Doch wie soll das Abtragen funktionieren? Diese Frage ist der Grund, warum Graphen lange Zeit reine Theorie war. Man könnte nun denken, dass dafür Milliarden teure Maschinen zum Einsatz kommen. Am Ende war es allerdings eine Rolle Klebeband. Einfach gesagt reißt man ein Stück Tesafilm ab, drückt es auf einen Block Graphit und erzeugt beim Abziehen Graphen.

Allein die Stärke des Materials macht es bereits einzigartig und könnte neben Körperpanzerungen zum Beispiel auch Ultraleichtteile für Flugzeuge oder Autos ermöglichen. Das ist jedoch erst der Anfang. Denn Graphen ist zusätzlich flexibel, vollkommen transparent, höchst leitfähig und scheint für die meisten Gase und Flüssigkeiten undurchlässig. Das bedeutet, dass sich sowohl der Wissenschaft als auch der Wirtschaft ein ungewöhnlich breites Spektrum an Forschungszweigen und Möglichkeiten eröffnet. Jede Eigenschaft dieses Materials kann einzeln oder kombiniert in einer ganzen Reihe von Produkten zum Einsatz kommen – von Kleidung über Technik bis hin zur Medizin. Angefangen mit Produkten, die sich bereits für die industrielle Massenfertigung eignen, hat ein chinesischer Hersteller z.B. eine Graphen Powerbank präsentiert, die anstatt 2-4 Stunden gerade einmal 12,5 Minuten für eine volle Ladung benötigt. Auch Samsung forscht in diesem Bereich um Smartphone Akkus zu verbessern. In Sportswear wird durch die Kombination von Tinte und Graphen Elektronik direkt auf die Sportkleidung gedruckt. Bereits 2019 sollen die ersten Shirts mit integrierter Sensorik wie Herzfrequenzmessung auf dem Markt erscheinen. Doch das sind nur kleine Beispiele der wie es scheint grenzenlosen Innovationsmöglichkeiten: Flexible Elektronik auf der Haut, faltbare und transparente Smartphones und Tablets, winzige biomedizinische Maschinen und Sensoren, die sich durch unsere Körper bewegen, Graphenzellen die im Gegensatz zu Solarzellen einen Wirkungsgrad von 60 statt wie heute üblich 25-29% aufweisen, Kamerasensoren aus Graphen, die 1000 mal lichtempfindlicher wären wie aktuelle Bildsensoren. Und damit nicht genug! Eine wahrlich faszinierende Eigenschaft ist, dass trotz seiner Undurchlässigkeit für die meisten Gase und Flüssigkeiten, Wasser passieren kann. Das könnte ein Ende der Trinkwassernot bedeuten, wovon heute noch über eine Milliarde Menschen betroffen sind. Ein Graphenfilter würde zur Meerwasserentsalzung 1/100 der Energie bisheriger Anlagen benötigen. Zusätzlich könnten Giftstoffe und nach neusten Ergebnissen sogar radioaktive Stoffe aus dem Wasser gefiltert und gebunden werden. Wahrlich vielseitig also, dieses Material!

Aufgrund des damaligen Medien-Hypes rund um seine Eigenschaften haben wohl die meisten erwartet, dass Graphen innerhalb von kürzester Zeit in allem zu finden sein wird. Doch so funktioniert unsere Wirtschaft nicht. Silizium hat fast 100 Jahre gebraucht, um sich zu etablieren. Auch bei Plastik waren es Jahrzehnte. Denn Unternehmen haben andere Materialien, mit denen sie zur aktuellen Zeit effizienter und weitaus kostengünstiger arbeiten können. Daher ist der sofortige Umstieg nicht nötig. Die Europäische Union glaubt jedoch an das Wundermaterial, weswegen 2013 eine Graphen-Initiative ins Leben gerufen wurde. Daraus sollen über 10 Jahre Forschungsgelder bis zu einer Milliarde Euro ausgeschüttet werden. Geben wir dem ganzen also noch etwas Zeit. Vielleicht erleben wir dann eine Graphen Revolution, die unsere Ära auf beeindruckende Weise prägen könnte.


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