Surowce krytyczne: poszukiwanie zamienników na potrzeby katalizy, elektroniki i fotoniki
Surowce krytyczne o kluczowym znaczeniu dla wielu europejskich branż przemysłowych są szczególnie podatne na niedobory i zakłócenia w dostawach. W tym kontekście niezwykle istotnym staje się wypracowanie przez Europę strategii zaspokajania zapotrzebowania na surowce. Jedną z takich strategii jest poszukiwanie metod lub substancji, które mogą zastąpić stosowane aktualnie surowce. Mając powyższe na uwadze, partnerzy czterech unijnych projektów poświęconych zamiennikom na potrzeby katalizy, elektroniki i fotoniki zaprezentowali swoje prace w tym miesiącu w Brukseli na „Trzecich warsztatach innowacyjnych nt. zastępowania surowców krytycznych” (Third Innovation Network Workshop on substitution of Critical Raw Materials), których gospodarzem był projekt CRM_INNONET. NOVACAM Koordynowany japońsko-unijny projekt NOVACAM ma na celu opracowanie katalizatorów z wykorzystaniem niekrytycznych metali, aby uwolnić potencjał biomasy w formie rentownej energii i źródła surowca chemicznego. Partnerzy projektu obrali podejście „katalizator z projektu” przy opracowywaniu kolejnej generacji katalizatorów (nanoskalowych katalizatorów nieorganicznych) jak wyjaśnia koordynator projektu NOVACAM, prof. Emiel Hensen z Uniwersytetu Technicznego w Eindhoven, Holandia. W ramach projektu, nad którym prace rozpoczęły się we wrześniu 2013 r., opracowywane są katalizatory, które zawierają niekrytyczne metale, katalizujące konwersję lignocelulozy w przemysłowe surowce chemiczne i biopaliwa. Pierwszy etap projektu polegał na opracowaniu zasadniczej części chemicznej, a drugi na demonstracji poprawności procesu. Prof. Hensen przewiduje, że do tego etapu zakwalifikują się zalewie dwie lub trzy koncepcje. W ramach projektu poczynione już zostały istotne postępy w konwersji glukozy i etanolu – jak twierdzi prof. Hensen, a także ukazały się ważne publikacje naukowe. Konsorcjum współpracuje z przemysłową radą konsultacyjną, w skład której wchodzi koncern Shell z UE i przedsiębiorstwo Nippon Shokubai z Japonii. FREECATS Trzy ostatnie lata prac nad projektem FREECATS, który zaprezentował koordynator, prof. Magnus Rønning z Norweskiego Uniwersytetu Naukowo-Technologicznego, poświęcone były opracowywaniu nowych katalizatorów bez zawartości metali. Będą one mieć formę masowych nanomateriałów lub hierarchicznie zorganizowanych struktur, zdolnych do zastąpienia tradycyjnych katalizatorów na bazie metali szlachetnych w transformacjach katalitycznych o strategicznym znaczeniu. Prof. Magnus Rønning wyjaśnił, że zastosowanie nowych materiałów może wyeliminować konieczność używania metali z grupy platynowców (PGM) i metali ziem rzadkich – w obydwu przypadkach zaopatrzenie Europy jest zdecydowanie uzależnione od innych krajów. W toku prowadzonych badań partnerzy FREECATS skupili się w szczególności na trzech obszarach: ogniwa paliwowe, produkcja lekkich olefin i wody oraz oczyszczanie ścieków. Poprzez prace nad zastąpieniem platyny w ogniwach paliwowych, partnerzy projektu wspomagają osiągnięcie celu UE – zastąpienia do roku 2050 silników spalinowych wewnętrznego spalania. Jednak, jak zauważa prof. Rønning, zastosowanie platyny było optymalizowane przez kilka dekad, a materiały wykorzystywane w ramach FREECATS są nowe, przynosząc kolejne wyzwania, którym czoło stawiają partnerzy projektu . HARFIR Prof. Atsufumi Hirohata z Uniwersytetu w Yorku, Zjednoczone Królestwo, koordynator projektu HARFIR, opisał jak partnerzy pracujący nad tym przedsięwzięciem zamierzają odkryć stop antyferromagnetyczny, który nie zwiera rzadkiego metalu – irydu. Iryd jest coraz powszechniej wykorzystywany w wielu nośnikach pamięci elektroniki spinowej, w tym w głowicach odczytu napędów dysków twardych. Światowe dostawy są uzależnione od rud platyny, pochodzących głównie z Republiki Południowej Afryki. Sytuacja jest jednak znacznie trudniejsza w przypadku innych metali ziem rzadkich, bowiem w ostatnich latach gwałtownie rosną ich ceny – według prof. Hirohaty. Zespół HARFIR, podzielony między Europę a Japonię, dąży do zastąpienia stopów irydu stopami Heuslera. Zespół unijny, pod kierunkiem prof. Hirohaty, pracuje nad przygotowaniem polikrystalicznych i cienkich warstw epitaksjalnych stopów Heuslera, opierając projekt materiału na obliczeniach teoretycznych. Tymczasem zespół japoński, którego kierownikiem jest prof. Koki Takanashi z Uniwersytetu Tohoku, pracuje nad cienkimi warstwami epitaksjalnymi, pomiarami podstawowych właściwości i strukturalną/magnetyczną charakterystyką za pomocą wiązek neutronowych i synchrotronowych wiązek rentgenowskich. Jedno z największych wyzwań polega na tym, że stopy Heuslera mają stosunkowo złożoną strukturę atomową. W kontekście prac nad projektem HARFIR, jakiekolwiek zaburzenie na poziomie atomowym w urządzeniach nanokolumnowych oznacza utratę właściwości magnetycznych. Zespół poszukuje rozwiązań tego problemu. IRENA Prof. Esko Kauppinen z Uniwersytetu Aalto w Finlandii zamknął pierwszą poranną sesję prezentacją projektu IRENA. Przedsięwzięcie, które rozpoczęło się we wrześniu 2013 r., będzie realizowane do połowy 2017 r., a postawione przed nim zadanie polega na opracowaniu wysoko wydajnych materiałów, zwłaszcza cienkich warstw z metali i półprzewodnikowych jednościennych nanorurek węglowych (SWCNT) w celu całkowitego wyeliminowania stosowania metali krytycznych w urządzeniach elektronicznych. Nadrzędnym celem projektu jest zastąpienie irydu w przezroczystych warstwach przewodzących oraz indu i galu jako półprzewodników w cienkowarstwowych tranzystorach polowych (TFT). Zespół IRENA opracowuje alternatywę, która jest elastyczna, przezroczysta i rozciągliwa, aby sprostać wymaganiom elektroniki przyszłości – nie wyłączając możliwości drukowania elektroniki. W projekt IRENA zaangażowało się trzech partnerów z Europy i trzech z Japonii. Zespół posiada wiedzę ekspercką w dziedzinie syntezy nanorurek, produkcji warstw cienkich i urządzeń elastycznych, modelowania wzrostu nanorurek i procesów transportu ładunków na cienkich warstwach. Projekt skorzystał też na wymianie członków zespołu między instytucjami. Jednym z kluczowych osiągnięć partnerów projektu jest jak dotąd zastosowanie po raz pierwszy z powodzeniem cienkiej warstwy nanorurkowej jako elektrody i warstwy zaporowej w organicznym ogniwie słonecznym. - Budowanie sieci kontaktów i innowacyjność na rzecz zastępowania surowców krytycznych
Kraje
Finlandia, Niderlandy, Norwegia, Zjednoczone Królestwo