Rozmowa z dr. Zygmuntem Łuczyńskim z Instytutu Technologii Materiałów Elektronicznych

• W mediach coraz częściej pojawiają się informacje na temat nowych zastosowań grafenu lub nowo odkrytych właściwości. Czy mógłby Pan uaktualnić, co dzieje się z technologią produkcji tego materiału w Polsce?

Nasza technologia wytwarzania grafenu, opracowana w ITME przez doktora Strupińskiego, przechodzi właśnie przez procedurę zmierzającą do uzyskania przez nas ochrony prawnej. Na razie zastrzegliśmy na całym świecie nasz pomysł na jego wytwarzanie i teraz mamy półtora roku na formalne przeprowadzenie procedury patentowej w wybranych krajach.

Jest to nie tylko proces długotrwały, ale także kosztowny. Oceniam, że opatentowanie wytwarzania grafenu naszą metodą będzie kosztować około pół miliona złotych. W kraju Narodowe Centrum Badań i Rozwoju ogłosiło konkurs pod nazwą GrafTech na projekty badawcze związane z grafenem.

Jego zasady zostały tak ułożone, że prace mają być bezpośrednio powiązane z konkretnymi aplikacjami tego materiału w gospodarce i dlatego każdy zespół naukowy musi zapewnić udział partnera przemysłowego. Zainteresowanie jest duże, a my staramy się przekonać organizatorów konkursu, aby do aplikacji został dołączony też sam grafen jako materiał, bo ciężko będzie aplikować coś, czego na rynku jeszcze nie ma.

Cały czas nawiązujemy kontakty z firmami, które chcą zainwestować w produkcję grafenu, starając się być w tej współpracy dostawcą technologii produkcji. Przykładem takich zainteresowanych przedsiębiorców jest firma Seco Warwick ze Świebodzina, która chce produkować grafen w postaci wielkoformatowych arkuszy tego materiału na folii miedzianej.

W tej metodzie produkcji grafen ma być wykorzystywany m.in. do pokrywania ekranów wyświetlaczy, gdyż zapewnia wysoką odporność mechaniczną powierzchni i przewodzi prąd, przez co może zastąpić tradycyjne szkło ITO.

Powłoki grafenowe są też całkowicie szczelne, zatem w przypadku wyświetlaczy OLED mogą zapewnić zwiększenie czasu ich życia poprzez zatrzymanie procesu degradacji materiałów organicznych na skutek oddziaływania środowiska. Myślę, że to zastosowanie grafenu jest nieodległe i niedługo zobaczymy już takie wyświetlacze w sklepach.

• Czy ITME chce się zaangażować w produkcję grafenu?

W przypadku produkcji grafenu na miedzi konieczne jest powiadanie dużych i wydajnych urządzeń, które najlepiej gdyby pracowały w trybie ciągłym na bazie rolki folii miedzianej. Dla technologii chemicznej, gdzie wytwarzane są płatki grafenu, sprzęt technologiczny bazuje na płynach i także dużych instalacjach i materiałach w dużych ilościach.

To dlatego, że jeśli chce się serio produkować urządzenia i sprzęt bazujący na grafenie, skala produkcji musi zapewnić wydajność liczoną w kilogramach tego materiału. Przykładowo grafen mógłby być dodawany jako materiał wzmacniający kompozyty używane do budowy hełmów strażackich. Ale tylko do tego zastosowania musimy mieć około tony tego materiału rocznie.

A przecież to tylko drobny wycinek aplikacyjny i jeden z wielu przykładów. Nie są to ilości, które produkuje się w skali instytutu naukowego. Dlatego raczej chcemy rozwijać technologię produkcji grafenu i pomagać firmom w jej wdrażaniu. Największe zaangażowanie będziemy kierować w obszarach potencjalnie elektronicznych.

Ale niestety nie ma u nas fabryki produkującej przyrządy półprzewodnikowe i stąd należy oczekiwać, że grafen będzie u nas wykorzystywany tylko w specjalistycznych komponentach, np. sensorach gazów lub w technice laserowej do budowy modulatorów światła. Musimy się też nauczyć nakładać grafen na różne materiały.

O ile nie daje się go przebić i podrapać, o tyle łatwo jest go zdrapać z powierzchni, gdy nie zostanie on silnie związany z podłożem. Staramy się też aktywnie rozszerzać nasze prace w kierunku nowych materiałów grafenowych, tzw. funkcjonalizowanych. To dlatego, że po połączeniu go z fluorem materiał ten przestaje być przewodnikiem prądu i staje się dobrym izolatorem.

Takie warstwy o atomowej grubości przewodzącego i nieprzewodzącego grafenu można złożyć i zbudować superkondensator grafenowy o ogromnej pojemności, bo poszczególne warstwy są bardzo cienkie. W przypadku grafenu chemicznego przeszliśmy z wydajnością technologii z miligramów na gramy, co też jest dowodem, że mamy potencjał i idziemy w dobrym kierunku.

• Jak ocenia Pan zainteresowanie firm taką współpracą z ITME?

Zainteresowanie ze strony przedsiębiorców jest duże i wiele firm zdaje sobie sprawę, że w przyszłości grafen będzie tani i dostępny powszechnie. Dlatego przedsiębiorcy chcą już dzisiaj korzystać z jego właściwości. Ważne jest, że firmy te mają środki na takie inwestycje, bo dość łatwo można oszacować korzyści finansowe.

Przykładowo z badań wynika, że pokrycie atomowej grubości warstwą grafenu miedzianych przewodów energetycznych zwiększa ich przewodność elektryczną o 4%. Znaczy to, że jest o co walczyć. Straty w liniach przesyłowych są istotnym czynnikiem w koszcie dostawy energii i każdy procent oszczędności przekłada się na naprawdę duże sumy. W efekcie można powiedzieć, że przed drzwiami instytutu stoi kolejka przedsiębiorców, którzy chcą aplikować grafen.

• Czy ITME ma wszystko, co jest potrzebne do rozwoju i badań technologii tego materiału?

Na prace badawczo-rozwojowe nad grafenem NCBIR na razie zaplanowało 60 mln złotych. Nie jest to mała suma i mam nadzieję, że jak pojawią się pierwsze wyniki, zostanie ona jeszcze zwiększona. Są też inne źródła finansowania, z których można próbować sfinansować kupno aparatury.

Niestety w tym zakresie odczuwamy szczególnie dokuczliwe braki, które nie pozwalają nam pracować w szybkim tempie. Nie mamy specjalizowanej aparatury do grafenu i do tego, co robimy wykorzystujemy sprzęt zabrany z innych obszarów badań naukowych, w których działamy.

Jest on przystosowany do tego zadania nieco sztucznie, nierzadko pracuje poza specyfikacją techniczną producenta. Poza tym potrzebujemy aparatury do badań tego, co wyprodukowaliśmy, oceny jakości grafenu i pomiaru wielu jego parametrów.

Aktualnie musimy jeździć z próbkami do innych ośrodków naukowych, a nawet wysyłać je za granicę do pomiarów, co kosztuje, długo trwa i nie sprzyja utrzymaniu tajemnicy rozwoju technologii.

• Czy jest jakaś szansa, abyście otrzymali środki na sprzęt technologiczny do tych zastosowań?

Na razie jedynym dobroczyńcą jest Agencja Rozwoju Przemysłu, która kupiła nam za 1,5 mln złotych spektrometr Ramana, dzięki któremu będzie można w ITME charakteryzować warstwy grafenu, oceniać jego jakość oraz dowiadywać się, czy otrzymaliśmy grafen, czy też inną odmianę węgla.

Inne źródło, z którego można by sfinansować kupno dalszej aparatury - Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego, nie podjęło żadnych decyzji i nie potrafiod dwóch lat rozpatrzyć naszych wniosków. Bardzo to spowalnia naszą pracę i tworzy wiele wąskich gardeł.

Wysyłanie innym konkurencyjnym zespołom materiału do badań wiąże się z poważnym niebezpieczeństwem wycieku wiedzy. Zespoły dysponujące aparaturą oczekują od nas też jakiegoś rewanżu lub przynajmniej stają się współautorami prac naukowych, zyskując publikacje za to, że włożą próbkę do urządzenia i wyślą nam wydruk.

Niedługo wystartuje też wielki europejski program badawczy z budżetem rzędu 100 mln euro rocznie, który zostanie poświęcony badaniom i aplikacjom grafenu. O te pieniądze będzie konkurować wiele zespołów naukowych i brak aparatury osłabi nam tutaj wyraźnie pozycję w kolejce ubiegających się o te środki, gdyż decydujący o przyznawaniu funduszy będą się kierować potencjałem całego ośrodka, w tym kadrą naukową i aparaturą.

Stąd zespoły z całej Europy starają się osiągnąć maksymalnie dużo w pracach nad grafenem przed konkursem po to, aby w kolejce po granty zająć lepsze miejsca. My na razie mamy całkiem niezłą pozycję, bo dr Strupiński został poproszony o redagowanie projektu tego programu w części materiałowej. Ale kiedyś to się skończy, bo niedługo posiadana infrastruktura zacznie się serio mocno liczyć.

• Ile pieniędzy potrzeba, aby ITME miało własny sprzęt do grafenu?

Aby pracować w przyzwoitych warunkach, trzeba mieć komplet aparatury technologicznej i pomiarowej. Jest to koszt przekraczający 20 mln złotych. Niektóre z zawierających się w tym pozycji są bardzo pilne, inne mniej. Ale drugim problemem jest to, że nie jest to sprzęt dostępny z półki i nierzadko nawet jak się ma pieniądze, trzeba czekać rok lub dłużej na realizację zamówienia.

Jeśli nie uda się nam pozyskać funduszy na aparaturę i pracować intensywnie nad technologią, rozważymy, aby część naszych wyników prac i opracowań upublicznić. Takie działania podejmuje się, gdy nie widać szans na ochronę własnych rozwiązań i zastosowanie praktyczne.

Trudno, abyśmy jako Instytut procesowali się kiedyś z Samsungiem o szczegóły technologii, bo nie będzie nas nawet stać na wejście na salę sądową. W takiej sytuacji lepiej ogłosić szczegóły jakiegoś rozwiązania po to, aby móc nad nim w Polsce spokojnie pracować. Inaczej silna firma może je opatentować sama i żądać od nas zaprzestania pracy i opłat.

• Czy Wasze problemy z aparaturą mają szansę być rozwiązane?

Najbardziej rozumie tę skomplikowaną sytuację ARP. Ministerstwo Nauki od dwóch lat nie wie, czy jest zainteresowane rozwojem technologii grafenu w Polsce, czy też nie. Niestety mija już 6 lat od momentu, gdy w ITME interesujemy się różnymi odmianami węgla i 2 lata od momentu eksplozji zainteresowania grafenem wywołaną przyznaniem Nagrody Nobla.

Ale chyba musi minąć sporo czasu, zanim w tak nowych rzeczach zaczyna być widać realną perspektywę komercjalizacji wyników. Do tej pory takie i inne prace finansowaliśmy z tzw. dotacji statutowej, czyli pieniędzy na badania, które wydajemy według własnych planów.

Jak każda inna podobna placówka mamy radę naukową zatwierdzaną przez ministra gospodarki, opiniującą nasze projekty i dbającą, aby wydawanie środków było robione sensownie. Dyrektorzy są wybierani w drodze konkursów, a same placówki poddawane ocenie, tzw. ewaluacji, określającej ich potencjał.

Teraz taka zasada ma zmienić się na korzyść konkursów, a badania, w które pójdą inwestycje, będą wybierane przez urzędników ministerialnych. Te, które ich zdaniem będą ważne, będą opłacane, inne nie. A recenzować nasze projekty mają też specjaliści z zagranicy, co moim zdaniem nie jest dobre, bo ich wpływ na to, co możemy w Polsce rozwijać, a co nie, może być zbyt duży, bez gwarancji obiektywności ich opinii.

Gdyby tylko wybrane obszary były finansowane przez konkursy, takich zagrożeń nie widziałbym. Ale plany są takie, że większość pieniędzy ma być przydzielana w ten sposób, co może być niebezpieczne i ograniczające.

Jeśli jakiś temat jest nowy, a w badaniach naukowych tak dzieje się często, w Polsce będzie brakować osób kompetentnych do recenzji i wszystkie nowości oceniać będą i decydować o nich ludzie z zagranicy. Przedstawianie swoich pomysłów uczonym z różnych krajów uważam zatem za nie najlepszy pomysł, bo wiadomo, że nie każdy podchodzi do recenzji i klauzuli poufności w sposób absolutnie rzetelny.

• Na czym zatem skupiają się Wasze działania?

Pozostaje nam głośno prosić o wsparcie w organach rządowych i szukamy wsparcia, gdzie tylko się da, także w sektorze firm prywatnych. Niestety w Polsce na prace B&R firmy wydają bardzo mały procent swoich zysków i często pod tymi wydatkami kryją się zakupy nowych komputerów, co dzisiaj nie jest raczej innowacją.

To samo dotyczy firm państwowych, które, można by oczekiwać, będą realizować politykę państwa zakładającą wspieranie innowacyjności. Tymczasem są to puste deklaracje. Dlatego staramy się zainteresować tematyką grafenu wszystkie firmy, które mogą potencjalnie na tym skorzystać i starają się inwestować w nowe technologie.

Przykładem może być sektor zbrojeniowy, gdzie pokazywaliśmy, jak grafen może przydać się w wojsku. Jestem pozytywnie zaskoczony, że nasze wojsko interesuje się tym tematem. Kompozyty grafenowe mają potencjalnie tak wiele zastosowań, że materiał ten jest szybko akceptowany.

Staram się informować wszystkich, że istnieje w Polsce możliwość rozwoju tej technologii i żeby ją zrealizować trzeba wydać w sumie nie takie znowu duże pieniądze na badania i aparaturę. To, czy inwestycja ma sens i będzie wspierana lub też nie jest perspektywiczna i powinna zostać zaniechania, zależy głównie od Ministerstwa Gospodarki.

Ono powinno podjąć decyzję polityczną, czy mamy w kraju zajmować się grafenem, czy nie. No i problem jest taki, że nikt takiej odpowiedzialności nie chce podjąć. W efekcie nie ma decyzji, ani na tak, ani na nie, co jest najgorsze.

• Jaki jest horyzont czasowy działań mających na celu zainteresowanie rynku i pozyskanie chętnych do inwestycji w tę technologię?

Program europejski zakłada perspektywę poświęcenia 10 lat na badania. I pewnie ten okres jest realny, aby pojawiły się pierwsze aplikacje na rynku z grafenem. Tym osobom, którym wydaje się, że jest to długo, wystarczy przypomnieć, jak było z krzemem.

Pierwszy tranzystor odkryto w 1948 roku, ale komercyjne przyrządy półprzewodnikowe pojawiły się dopiero 20 lat później. Zakładając, że świat ogólnie przyspiesza, 10 lat obecnie jest porównywalnym okresem.

Rozmawiał Robert Magdziak