Facebook

Instagram

Grafen och andra kolnanomaterial kan ersätta knappa metaller


2017-09-18


Knappa metaller finns i mängder av vardagsting omkring oss. De är komplicerade att utvinna, svåra att återvinna och så ovanliga att flera av dem blir konfliktmetaller som underbygger strider och förtryck. Nu visar en kartläggning på Chalmers att det finns möjliga tekniklösningar för att ersätta många av metallerna med kolnanomaterial som grafen.

De finns i din dator, i din mobiltelefon, i nästan all övrig elektronisk utrustning och i många av plasterna omkring oss. Samhällets beroende av de knappa metallerna är stort, och det är ett beroende med många nackdelar.

Knappa metaller, som exempelvis tenn, silver, volfram och indium, är nämligen både ovanliga och svåra att utvinna, eftersom de brytbara koncentrationerna är mycket små. Det gör metallerna eftertraktade – och utvinningen av dem en grogrund för konflikter, till exempel i Kongo-Kinshasa där de finansierar väpnade strider.

Dessutom är de svåra att återvinna med lönsamhet eftersom de oftast finns i liten mängd i olika komponenter, exempelvis i elektronik.

Rickard Arvidsson och Björn Sandén, forskare i miljösystemanalys på Chalmers, har nu granskat en alternativ lösning: att ersätta de knappa metallerna med kolnanomaterial. Dessa ämnen, där grafen är det mest välkända, är liksom knappa metaller starka material med god ledningsförmåga.

– Nu har teknikutvecklingen gjort att vi i större utsträckning kan använda det vanliga grundämnet kol, säger Björn Sandén. Idag finns många nya kolnanomaterial med liknande egenskaper som metaller. Det är ett välkommet nytt spår, och det är viktigt att satsa på både återvinning och ersättning av de knappa metallerna framöver.

Forskarna har tittat på den huvudsakliga användningen för 14 olika metaller, och genom att granska patent och vetenskaplig litteratur undersökt möjligheten att ersätta dem med kolnanomaterial. Resultatet är en unik överblick över den forskning och teknikutveckling som finns på området.

Enligt Arvidsson och Sandén visar sammanställningen att en omställning från knappa metaller till kolnanomaterial redan är på gång.

– För 13 av de 14 metaller vi undersökte finns potentiella tekniklösningar för att ersätta dem med kolnanomaterial i deras vanligaste tillämpningar. Teknikutvecklingen har nått olika långt för olika metaller och tillämpningar, men i vissa fall, som för indium och gallium, är resultaten väldigt lovande, säger Rickard Arvidsson.

– Det här ger hopp, säger Björn Sandén. I diskussionen om resursbegränsningar, cirkulär ekonomi och samhällets materialhantering har återvinning och återanvändning länge varit i fokus. Ersättningsspåret är en möjlig utväg som inte har diskuterats lika mycket, och i takt med att resursproblemen blir allt mer tydliga har vi nu ytterligare redskap att jobba med.

Forskningsresultaten publicerades nyligen i tidskriften Journal of Cleaner Production. Rickard Arvidsson och Björn Sandén betonar att det finns stora potentiella vinster med att minska användandet av knappa metaller, och de hoppas kunna bidra till att stärka argumenten för mer forskning och utveckling inom området.

– Tänk att kunna ersätta de knappa metallerna med kol, säger Björn Sandén. Där finns det ett naturligt kretslopp om kolet utvinns ur biomassa.

– Eftersom kol är ett så vanligt och tillgängligt material skulle också konflikter och geopolitisk problematik kopplade till de här metallerna kunna minska, säger Rickard Arvidsson.

Samtidigt påpekar de att mer forskning behövs på området, för att möta eventuella nya problem som kan uppstå om de knappa metallerna ersätts.

– Kolnanomaterial är relativt nyupptäckta, och än så länge är kunskapen begränsad om deras miljöpåverkan ur ett livscykelperspektiv. Men generellt kan man säga att det finns potential till liten miljöpåverkan, säger Rickard Arvidsson.


Fakta
Kolnanomaterial består endast eller huvudsakligen av kol, och är tunna, starka material med god ledningsförmåga. Flera knappa metaller har liknande egenskaper. Metallerna finns till exempel i kablar, tunna skärmar, flamskyddsmedel, rostskydd och kondensatorer.

Rickard Arvidsson och Björn Sandén vid Chalmers har undersökt om kolnanomaterialen grafen, fulleren och kolnanorör har potential att ersätta 14 knappa metaller i deras största tillämpningsområde. För alla utom guld i smycken fann de potentiella tekniklösningar för att ersätta metallerna med kolnanomaterial. De metaller där en ersättning ligger närmast i tiden är indium, gallium, beryllium och silver.

MetallHuvudtillämpningKolnanomaterial
AntimonFlamskyddsmedelGrafen, kolnanorör, fullerener
BerylliumLedande materialGrafen, kolnanorör
KromRostskyddGrafen, kolnanorör, fullerener
KoboltStarka materialGrafen, kolnanorör, fullerener
GalliumHalvledareGrafen, kolnanorör
GermaniumOptiska fibrerGrafen, kolnanorör
GuldSmycken-
IndiumGenomskinliga elektroderGrafen, kolnanorör
NiobLegeringarGrafen, kolnanorör, fullerener
PlatinaKatalysatorerGrafen
SilverElektronikGrafen, kolnanorör
TantalKondensatorerGrafen, kolnanorör
TennLödningarKolnanorör
VolframStarka materialGrafen, kolnanorör, fullerener



Källa: Chalmers

Skriv ut



Professor Per Nylén.
Professor Per Nylén.

Han prisas för sina insatser inom produktionsteknik

Flyg- och rymdtekniska Föreningen och Kungliga Ingenjörsvetenskapsakademin har 2018 beslutat utdela Thulinmedaljen i silver till professor Per Nylén vid Högskolan Väst...

Läs mer
Elmia Produktion
Illustration av Höganäsanläggningen vilken invigs 19:e juni. WoodRoll delen för den franska anläggningen som skall förprojekteras är av samma storlek.

Cortus Energy får order på Basic Engineering för förnybar vätgasanläggning från Engie

Cortus Energy AB har fått en order från det globala energibolaget Engie SA om fö...

Läs mer
Gloab550

Concentric AB vinner order för ny eldriven vattenpump

Concentrics modulära designstrategi är anpassad för många olika applikationer inom det snabbt växande området för Electromobility.

Concentric AB har nyligen fått en order från en global lastbils- och busstillverkare,...

Läs mer

Virtual Reality-baserad kompetensutveckling inom industrin

Processindustrin står inför stora utmaningar att kompetensutveckla och utbilda nya och...

Läs mer

ABB:s pumpteknik räddar torkdrabbade gårdar och byar i Indien


ABB har driftsatt fem av sina motorer med högst kapacitet – var och en klarar att pumpa...

Läs mer
Gary Linnéusson, adjunkt i produktion och automatisering, vid Högskolan i Skövde.

Ny modell kan utveckla underhållsarbete på industrier

Oförutsedda störningar och avbrott i industriell produktion är kostsamma – men...

Läs mer


Traineeutbildning – ett steg mot ett jobb inom industrin

I syfte att locka fler till yrket som CNC-operatör startar Clockwork inom kort upp ett...

Läs mer
Hankook Tire bygger ut sin europeiska fabrik i Ungern.

Hankook har nya storskaliga planer på att utöka sin europeiska fabrik

Hankook, däcktillverkare i premiumsegmentet, kommer att bygga en ny produktionsenhet för...

Läs mer


Stålproduktionen minskade i mars 2018

Den svenska råstålsproduktionen uppgick till 433 tusen ton under mars 2018. Det är...

Läs mer


Ny IBC från Rudskoga Svets Mekaniska AB i samarbete med Swea Energi AB

Rudskoga Svets Mekaniska AB har tagit fram en ny IBC som ska användas av Swea Energi AB. Det...

Läs mer


Svensk industri skapar jobb och klarar konkurrensen

Den svenska industrin har utvecklats väl under de senaste åren. Nästan 27 000 nya...

Läs mer
Anders Paulsson, Vice President på Jitech och Marcus Boje, Key Account Manager på Enkla Elbolaget.

Affärsmodellen fick metallmästaren på fall

Affärsmodellen, flexibiliteten och den genomtänkta produkten fick Jitech AB ifrån...

Läs mer


Procurator och Essity i satsning för miljö, hälsa och kostnadseffektivitet inom industrin

Ledande hygien- och hälsobolaget Essity har tagit fram en kostnadsfri tjänst...

Läs mer


Dagligvaruhandelns gemensamma mål: Till 2030 ska plastförpackningar vara fossilfria

Plast är ett omdebatterat material och i landets livsmedelsbutiker är plastfö...

Läs mer

Höganäs satsar för att möta efterfrågan inom additiv tillverkning och metal injection moulding

Höganäs AB skapar ett nytt område för att koncentrera sina resurser kring...

Läs mer
Roterugnar används för att förändra fysikaliska eller kemiska egenskaper hos olika fasta material, exempelvis mineraler, metaller och malm, genom upphettning till en hög temperatur.

Case study: Lyckade testmätningar på roterugn

I materialbearbetningsindustrin - som exempelvis cement- eller kraftmassatillverkning – ä...

Läs mer


Kvalitetsjubileum: 40 miljoner komponenter levererade till Volvo Cars

Nu har Enviro levererat återvunnen kimrök till Volvo Cars via AnVa Polytechs miljö...

Läs mer


Mest lästa











Unica Media AB © 2014
Org.nr 556961-2624
Unica Media AB
Hammarby Fabriksväg 23
120 30 Stockholm

Kontakt
info(at)unicamedia.se
Annonsering
annons(at)unicamedia.se