Czy grafen zmieni nasze życie? Odpowiedź na to pytanie może być tylko jedna - tak. Grafen, gdy zostanie wytwarzany na masową skalę ,a przemysł zacznie go wykorzystywać, może odmienić świat tak samo jak kilkadziesiąt lat temu zrobił to krzemowy tranzystor. A nawet bardziej, bo krzem nie ma tak szerokich zastosowań. Grafen może odmienić także życie rowerzystów.
Ultralekkie i mocne komponenty
Ramy wykonane z materiałów węglowych nie są dziś niczym nowym. Kompozyty węglowo-epoksydowe zwane carbonem są szeroko wykorzystywane już dziś - także w rowerach.
Rzecz w tym, że grafen jest znacznie wytrzymalszy niż włókna węglowe wykorzystywane dzisiaj. Jak bardzo? Włókno węglowe charakteryzuje się wytrzymałością na rozciąganie rzędu 900 MPa. Dla grafenu wytrzymałość ta wynosi 130 GPa - niemal 150 razy więcej!
Grafen oznacza możliwość produkcji ram znacznie mocniejszych, sztywniejszych, trwalszych i zarazem lżejszych niż jakiekolwiek obecnie produkowane. Zresztą na ramach rowerowych możliwości grafenu się nie kończą. Lekkie i bardzo sztywne podeszwy butów SPD, wytrzymałe i sztywne elementy rowerowego napędu (np. ramiona korb) czy trwałe i lekkie wkładki antyprzebiciowe do opon - to tylko niektóre z pomysłów mogących odmienić rowerowy sprzęt.
Grafen w rowerowej elektronice
Wytrzymałość grafenu to jedno, ale to co naprawdę ekscytuje świat to fakt iż materiał ten może być wykorzystany w produkcji układów scalonych. W krzemie, aby przyśpieszyć działanie układu scalonego, konieczne było zmniejszanie jego rozmiarów - czego nie da się robić w nieskończoność. Przemysł elektroniczny praktycznie dotarł już do granic możliwości krzemu.
Grafenowe układy scalone wytworzone w technologii 240 nanometrów mogą osiągać częstotliwości taktowania rzędu 100 Ghz. Gdyby zmniejszyć rozmiary układów do około 20 nanometrów (w tej technologii wykonuje się obecnie procesory krzemowe), szybkość ta jeszcze wzrośnie wielokrotnie!
Co to oznacza? Bardzo wydajne (szybkie i energooszczędne) komputery, smartfony, nawigacje satelitarne, telefony, mierniki mocy, rowerowe liczniki z wieloma funkcjami, o których nam dziś nawet się nie śni. I wiele więcej.
Jednocześnie grafen może posłużyć do produkcji ultracienkich, giętkich wyświetlaczy i elektroniki. Wyobrażacie sobie licznik z pulsometrem i nawigacją GPS, który po jeździe zwijacie w rulon dookoła nadgarstka i używacie dalej jako zegarek? Taka może być przyszłość.
Grafen w akumulatorach
Kolejne zastosowanie grafenu, które elektryzuje przemysłowy świat to zastosowanie w akumulatorach. Obecne akumulatory mają liczne wady - są duże, ciężkie, długo się ładują, z czasem same się rozładowują, a do tego wytwarza się je z materiałów bardzo szkodliwych dla środowiska. Grafen daje potencjalne możliwości produkcji akumulatorów pozbawionych wszystkich tych wad - znacznie lżejszych i pojemniejszych niż dzisiejsze. Może też pozwolić znacznie skrócić czas wymagany do ładowania - mówimy tu o czasie ładowania liczącym sekundy lub minuty zamiast dzisiejszych godzin!
To oznacza nie tylko rowerowe lampki ładowane w czasie kilku minut, które świecą jasno i bardzo długo. To także nadzieja na zupełnie nowe otwarcie w temacie rowerów elektrycznych - ich potencjał (zasięg roweru) ograniczają dziś właśnie ciężkie i niezbyt pojemne akumulatory.
Fotowoltaiczne własności grafenu
Fot. Ji Hye Hong and Min Young Kim
Grafen nie tylko może służyć przy produkcji akumulatorów. Prawdopodobne jest także wykorzystanie go w produkcji wydajnych i giętkich paneli fotowoltaicznych. Rowerowe lampki, które są lekkie, świecą długo, a do tego same ładują się na słońcu? Taka może być nasza przyszłość.
W marzeniach można zresztą posunąć się jeszcze dalej - skoro jeden materiał może służyć i jako budulec ramy, jako element magazynujący prąd oraz pozyskujący go z promieni słońca, czemu by nie wytworzyć lekkiej i bardzo wytrzymałej ramy rowerowej będącej jednocześnie samoładującym się akumulatorem o dużej pojemności? Lampki i elektronika (np. licznik, nawigacja) także mogłyby być wbudowane w ramę. Przyznacie - perspektywa jest kusząca!
Właściwości tego materiału do pochłaniania światła można też wykorzystać tworząc grafenowe filtry na okulary, gogle, czy szyby. Koniec o oślepiającym nas zimowym słońcem tuż nad horyzontem!
Grafen w rowerowej turystyce
Grafen ma jeszcze jedną cechę interesującą z punktu widzenia rowerzysty - nie przepuszcza gazów, za to świetnie przepuszcza wodę.
To oznacza możliwość produkcji grafenowych filtrów dla turystów, które przydać mogą się w krajach, w których dostęp do czystej wody pitnej nie jest oczywisty. Filtry te byłyby nie tylko bardzo skuteczne, ale i lekkie - co jest nie bez znaczenia w przypadku turystyki rowerowej.
Być może z grafenu uda się też produkować rowerowe opony i dętki, z których powietrze nie uchodzi nawet przez wiele dni po pompowaniu i które byłyby bardzo odporne na przebicia! Z tego ucieszyliby się nie tylko rowerowi turyści.
Pieśń przyszłości
Każda z wymienionych właściwości grafenu jest już sprawą pewną - zbadano to i udowodniono. Materiałem tym ekscytuje się przemysł, pracują nad nim największe koncerny (Samsung, Boeing, BASF, Nokia, Dupont, Fujitsu, General Electric, IBM, Intel, LG Electronics, Lockheed Martin, Nissan, Nokia, Siemens, Solvay, a nawet NASA i US Army). Swój program badawczy uruchomiła też Unia Europejska.
Niestety praktyczne zastosowanie tego materiału na przemysłową skalę to jeszcze pieśń przyszłości. Musimy na to poczekać jeszcze co najmniej kilka lat. Niewykluczone, że z początku grafenowe produkty będą drogie i dostępne dla nielicznych.
Potem jednak, z pewnością, grafen odmieni nasze życie . Także to rowerowe.
Rafał Muszczynko
