Claire Swedberg
A fabricante de energia limpa HydroGraph Clean Power desenvolveu um processo para a criação de grafeno, em oposição ao processo tradicional de mineração de grafite, que a empresa diz que o torna mais acessível e consistente. O processo de produção, para o qual a HydroGraph obteve direitos de patente, usa acetileno e oxigênio, que cria grafeno quando acionado. HydroGraph diz que tem direitos exclusivos globais para este processo.
A empresa desenvolveu células modulares de produção nas quais será feito o material e pretende incorporar essas unidades para seus clientes em seus sites. A HydroGraph integrará a produção de grafeno ao sistema de produção existente dos clientes para que eles possam criar grafeno e transformá-lo em tintas, lubrificantes, adesivos ou outros materiais para torná-los mais fortes, mais flexíveis e mais condutores, com maior resistência ao desgaste.
Os produtos da Internet das Coisas (IoT) podem se beneficiar do grafeno como um aditivo aos materiais existentes usados em tags e sensores, embora a HydroGraph diga que isso ainda não foi feito em produtos disponíveis comercialmente. Existe uma aplicação para etiquetas RFID impressas e sensores IoT, observa a empresa, já que o grafeno é muito mais forte e condutor do que outros materiais, com recursos de detecção.
De fato, o material foi testado como biossensor para detectar condições ambientais, como a presença de líquido, cloro ou mudança de temperatura. Também oferece condutividade elétrica, tornando-o potencialmente benéfico para produtos de armazenamento de energia, células solares e dispositivos médicos. O grafeno pode permitir que eletrônicos impressos em um pedaço de plástico sejam dobrados ou dobrados e continuem a operar, informa a HydroGraph, e a empresa está buscando parcerias com fornecedores de tecnologia para incorporar seu sistema de produção de grafeno em materiais existentes de IoT ou RFID ou fabricação de produtos.
O grafeno está em uso em quantidades limitadas há mais de uma década. É considerado um supermaterial que tradicionalmente consiste em uma folha de grafite com a espessura de um átomo. É mais forte que o aço e mais duro que um diamante, de acordo com a HydroGraph, e normalmente pode ser combinado quimicamente com outros produtos, fornecendo um material superior com base na resistência ou no processo de colagem. Quando incorporado à tinta, cria uma tinta condutora que pode ser usada para eletrônicos impressos.
Os fundadores da HydroGraph encontraram pesquisas na Kansas State University e ficaram intrigados com o grafeno. Eles então desenvolveram um processo usando tecnologia de detonação destinada a tornar o grafeno mais acessível e confiável. “Os fundadores originais ficaram impressionados com o grafeno – pode ser um material maravilhoso”, diz Stuart Jara, CEO da HydroGraph Clean Power. “Ele pode tornar as coisas 20 vezes mais fortes que o aço, além de ser condutora e maleável.” A empresa assumiu assim o desafio de encontrar uma forma melhor de produzi-lo.
Um desafio relacionado ao uso do grafeno é o processo caro de extrair uma camada de grafeno do grafite. Após o processo de mineração, diz Jara, são aplicados produtos químicos, que podem exigir uma grande quantidade de energia. Os resultados são difíceis de controlar, acrescenta, levando a uma qualidade inconsistente. Os fundadores da empresa, por outro lado, oferecem um processo de fabricação de grafeno que inclui acetileno e oxigênio, encerrados em uma câmara e inflamados com uma faísca para criar energia exotérmica e uma enorme quantidade de calor.
O processo é mais barato e de maior qualidade, informa a empresa, sem a necessidade de mineração, e a HydroGraph espera que acelere a adoção do grafeno, que até o momento tem sido bastante lenta. A empresa construiu sua unidade de produção, atualmente em operação, perto da Kansas State University. No entanto, diz Jara, a demanda de mercado projetada e o interesse que recebeu dos clientes mostraram que é necessária uma maior capacidade de produção.
A empresa está, assim, construindo mais unidades de produção de grafeno e pretende aumentar o volume em cinco ou seis vezes, com unidades de várias câmaras em operação até o quarto trimestre deste ano. O objetivo geral, porém, é levar a produção de grafeno ao site dos usuários finais do material. “Nossas células são compactas e modulares”, explica Jara, por isso a HydroGraph pretende construir células de produção próximas de onde o material será utilizado. Eles então contratariam cada cliente para integrar o grafeno em seus próprios produtos.
Inicialmente, de acordo com a HydroGraph, espera-se que os usuários em potencial sejam aqueles que fabricam lubrificantes de alta qualidade, resinas compostas e tintas ou revestimentos. Idealmente, explica a empresa, isso envolveria produtos de ponta, como peças usadas nos setores aeroespacial e automotivo.
Com o processo químico da HydroGraph, que usa nanocarbonos, os resultados são mais consistentes do que as ofertas anteriores de grafeno, de acordo com Ranjith Divigalpitiya, diretor de ciências da empresa, e isso leva a um produto de maior qualidade. Por exemplo, diz Jara, os fabricantes de automóveis descobriram que alguns clientes valorizam um carro esportivo mais preto. Assim, o uso de grafeno para criar uma tinta preta melhor pode significar um produto de maior valor para as empresas de tintas.
Quando aplicado a componentes aeroespaciais, diz HydroGraph, seu produto pode torná-los mais leves, mais flexíveis e mais fortes do que outros revestimentos, além de resistentes à corrosão. “É mais estável”, explica Divigalpitiya. “É mais controlado.”
Quando se trata da indústria de RFID e IoT, o grafeno pode apresentar uma oportunidade para tintas imprimíveis e condutoras, como uma antena RFID. A HydroGraph prevê um produto de etiqueta RFID híbrido, por exemplo, que incorpora grafeno para tornar a eletrônica mais condutora e, portanto, mais sensível quando interrogada. A flexibilidade e a resistência do material podem tornar uma etiqueta mais robusta em algumas aplicações. A tecnologia também pode ser usada para criar eletrônicos impressos para sensores de IoT, como dispositivos vestíveis, já que o grafeno oferece recursos de biossensores.
O primeiro passo para HydroGraph no mercado de IoT, diz Jara, é identificar parceiros de tecnologia que já produzem produtos para esse setor. Já, observa ele, uma empresa de biossensores que pediu para não ser identificada está usando o material da HydroGraph para detectar condições específicas. Ao criar um novo processo de produção de grafeno, Jara diz que a empresa superou várias barreiras que mantinham o material fora das indústrias de IoT e RFID.
Tradicionalmente, lembra Jara, o grafeno não podia ser feito com qualidade consistente e o custo era muito alto. Um terceiro desafio gira em torno da incorporação do material em outros materiais. “Nós não temos que nos concentrar nos [desafios] um e dois”, afirma. “Isso está feito. Então agora podemos gastar nossa energia trabalhando com empresas para descobrir como podemos aplicar as propriedades de nosso grafeno em seu material.”
A Jara prevê que o material forneça dados baseados em sensores que podem ser capturados por meio de RF ou outra transmissão sem fio. O material exigiria uma fonte de energia, diz ele, mas poderia usar a energia de uma interrogação para enviar dados do sensor para um dispositivo IoT. “Há um enorme potencial lá”, ele antecipa. Com base nas necessidades de um aplicativo específico, ele acrescenta: “Podemos personalizar [o grafeno] para qualquer outro material de host”.