Världens yngsta material är starkare än stål, lättare än bomull och har fått ett Nobelpris. Dessutom leder det elektricitet snabbare än de flesta andra material. Ja, sedan upptäckten 2004 har intresset för grafen varit stort. Men har materialet hittat sin plats i den prispressade förpackningsbranschen?
Grafen är minst sagt ett spännande material som består av kolatomer ihopsatta i ett enda tunt, tvådimensionellt skikt. För att ge lite perspektiv brukar materialet beskrivas som en miljon gånger tunnare än hårstråna på ditt huvud.
– Det är något med möjligheterna i materialet – när man väl inser vad man kan göra med grafen blir det nästintill omöjligt att släppa.
Pionjär inom grafenproduktion
Det säger Helena Henke, vd för 2D fab, ett ledande företag inom storskalig tillverkning av grönt grafen. Företaget, som är sprunget ur Mittuniversitetet, har utvecklat en storskalig och grön produktionsprocess för grafen. Hon har lång erfarenhet från start up- och scale up-bolag med fokus på affär, teknik och organisation.
För några år sedan flyttade Helena Henke till Sundsvall och började arbeta som managementkonsult mot olika kunder, där 2D fab var en av dem.
– Jag hade ingen bakgrund inom grafen, men blev snabbt förälskad i potentialen och passionen i både materialet och företaget.
Utmaningar och möjligheter i förpackningsindustrin
Eftersom 2D fab kan producera stora volymer till ett konkurrenskraftigt pris, blir materialet särskilt intressant för den prispressade förpackningsindustrin, som kräver stora mängder material. Men hur ska världens tunnaste material kunna bidra till en mer hållbar förpackningsindustri?
Grafen kan bland annat användas i lim vid tillverkning av wellpapp för att snabba på torktiden avsevärt. Det leder inte bara till ökad produktionskapacitet: Energiförbrukningen blir dessutom lägre tack vare att produktionen kan ske vid lägre temperaturer. Grafen leder ju både värme och elektricitet snabbare än andra material – men det återkommer vi till lite senare.
För även om alla är överens om att grafen kommer revolutionera industrin, är det ett mytomspunnet material med stor komplexitet. Det kräver viss förklaring för att förstå dess potential utan att misstolka dess egenskaper. Fråga bara Jon Wingborg på det strategiska innovationsprogrammet SIO grafen, där han är ansvarig för det svenska ekosystemet inom grafen. SIO Grafen arbetar för att svenska företag ska bli världsledande inom grafen och andra 2D-materiaL, där Chalmers Industriteknik är en aktiv part i många projekt.
– På ett sätt kan 20 år verka som en lång tid, men när det gäller nya material är det faktiskt väldigt kort. När grafen först upptäcktes, med sina 200 gånger starkare egenskaper än stål, tänkte man att det kunde revolutionera industrin, som att bygga bilar med något så tunt som ett A4-papper. Förväntningarna var höga, men i verkligheten visade sig de första experimenten bara ge en flaga som var en mikrometer stor och inte alls 200 gånger starkare än stål, förklarar han.
Grafen som lösning för hållbar produktion
Jon Wingborg menar att det krävts mycket experimenterande för att förstå att styrkan inte är grafens främsta egenskap. Istället handlar det om andra egenskaper och att få dem att samverka med befintliga industriella processer. Han får medhåll av Helena Henke, för hon lyfter också allas förväntningar på materialet och som därför blivit synonymt med grafen.
– Ofta finns det en kvarstående fråga om varför grafen, som lovordats för sina exceptionella egenskaper, inte redan används överallt. Svaret ligger i utmaningen att överföra något från den kontrollerade miljön i ett laboratorium till storskalig industriell produktion, säger hon.
Det är en utmaning att realisera något som i labbmiljö utvecklats till perfektion för att bevisa att det fungerar i en befintlig industriell produktionsprocess. För att lyckas med det arbetar 2D fab med två parallella spår
– Å ena sidan utvecklar vi helt nya material, vilket tar tid eftersom inte bara grafenet måste fungera, utan även andra komponenter måste samverka, till exempel när man ersätter ett formaldehydlim med ett biobaserat alternativ. Å andra sidan försöker vi förstärka redan befintliga material, vilket kräver att vårt material kan integreras i kundens nuvarande och fungerande processer. Därför måste vårt material anpassas till perfektion, förklarar Helena Henke.
För det är inte som att tillsätta salt och peppar på maten direkt:
– Vi pratar om nanomaterial som i mycket små mängder måste fungera felfritt i stora produktionsprocesser och slutprodukter, säger hon.
Framtidsperspektiv och fortsatt utveckling
Trots grafens komplexitet och ringa ålder är det ett oerhört spännande framtidsmaterial. Särskilt när det kommer till att förbättra hållbarheten inom förpackningsindustrin. För grafen kan bidra till minskad klimatpåverkan. Bland annat genom att förstärka material, minska resursanvändningen, öka återvinningsbarheten och ersätta miljöskadliga ämnen, exempelvis formaldehydlim, med biobaserade alternativ som förstärkts av grafen. Sedan var det egenskapen framför andra – förmågan att leda värme och elektricitet blixtsnabbt. Men vilken betydelse har den superkraften för tillverkning av förpackningar?
Enligt Jon Wingborg och Helena Henke är den enorm. För genom att addera grafen till befintliga kompositer får du ett värmeledande “supermaterial”, avgörande för att minska energiförbrukningen i produktionen av förpackningsmaterial.
– Där vi arbetar mycket med lim och tätningsmedel är värmeledning en avgörande faktor. Genom att förbättra värmeledningen kan vi sänka temperaturen i produktionen, eftersom mindre värme krävs för att exempelvis torka ett lim. Det leder till kortare torktider, då värmen antingen leds bort eller sprids mer effektivt i materialet, förklarar Helena Henke.
Två av 2D fabs andra fokusområden är elektromagnetiskt skyddande och antistatiska material. Här handlar det om att utveckla material som kan leda bort elektromagnetisk strålning för att skydda innehållet.
– Dessutom arbetar vi med att förbättra de barriära egenskaperna. Ett av våra mål är att ta fram en film som kan ersätta aluminium i våtkartongförpackningar, vilket skulle göra det möjligt att använda ett återvinningsbart material, säger hon.
Scanpack 2024: En grön omställning i sikte
Summa summarum ser både Helena Henke och Jon Wingborg stora möjligheter för förpackningsindustrin. Men det krävs rätt förväntningar och förståelse för grafens egenskaper och tillämpningar, som i rätt sammanhang kan skapa banbrytande förbättringar.
– Det här är inget man gör ensam. Och i Sverige är vi duktiga på att samarbeta. Vi har många mindre företag som jobbar tillsammans, säger Jon Wingborg, som tillsammans med Helena Henke öppnar scenprogrammet på 2024 års upplaga av Scanpack den 22-25 oktober på Svenska Mässan i Göteborg.
Båda ser mycket fram emot att kliva upp på scenen klockan 10:30 den 22 oktober för att under 25 minuter berätta om varför världens tunnaste material har förmågan att lyfta in förpackningsindustrin i en mer hållbar framtid.
– Det är ju det som är vår drivkraft. Att grafen faktiskt är ett material som kan möjliggöra en grön omställning, avslutar Helena Henke.
Köp en biljett till Skandinaviens ledande mässa för förpackningsindustrin och ta del av nästan 400 utställare, inspirerande scenprogram, jubileumsföreläsningar- och erbjudanden, workshops samt nätverksprogram.