El grafè és un autèntic prodigi de la ciència dels materials. Aquesta forma de carboni organitza els àtoms en capes bidimensionals. Això proporciona al grafè propietats avantatjoses: és conductor elèctric, gairebé transparent i posseeix una alta resistència a la tracció. Així, el material ha estat investigat intensament des que es va sintetitzar per primera vegada l'any 2004, també a l'Empa. Els seus impactes en la humanitat i el medi ambient van ser examinats detingudament en un projecte de l'UE «Graphene Flagship» amb la participació d'Empa.
Ara, els investigadors de l'Empa fan un pas més i apliquen el principi «Safe and Sustainable by Design» (SSbD) al material innovador. «El grafè és un bon exemple perquè ja hi ha molts estudis i dades», explica Peter Wick, qui dirigeix el laboratori d'Empa «Nanomaterials in Health». «També hem treballat amb aquest material durant deu anys en el marc del 'Graphene Flagship'.»
Les idees fonamentals darrere del concepte SSbD no són noves, assenyala l'investigador: La seguretat i sostenibilitat del grafè ja van ser temes centrals al projecte Flagship. El que és nou és la integració d'aquests temes en el «marc SSbD», que hauria de permetre a la indústria innovacions sostenibles i segures.
Per tant, els investigadors de l'Empa no es van centrar només a determinar si el grafè en si és segur i sostenible. «Vam voler utilitzar la bona base de dades per provar l'aplicació del marc SSbD i averiguar on i com es pot continuar desenvolupant i simplificant», explica Fiorella Pitaro, investigadora d'Empa al departament de «Tecnologia i societat».
Un nom, molts materials
La tasca és complexa: La intensa recerca i desenvolupament dels darrers dues dècades ha afegit a grafè pur tota una gamma de productes relacionats, anomenats materials similars al grafè. Hi ha grafè pur, però també òxid de grafè, òxid de grafè reduït, grafè de pocs capes, que consisteix en diverses capes, i molts més. Fins i tot aquests termes no sempre són clars i poden designar diversos materials lleugerament diferents.
Aquesta diversitat és un repte, però també un avantatge per a l'aplicació de SSbD. «Podem comparar les dades per a cadascuna d'aquestes sub-classes de material i fer afirmacions sobre com el potencial de dany d'una determinada variant es relaciona amb la seva estructura», explica Wick. «Atès que sovint tenen funcionalitats similars, en el millor dels casos es pot utilitzar la forma més segura de grafè per a cada aplicació.»
També és determinant la manera com el material arriba al cos humà pel que fa a la seva seguretat: És inhalat o injectat directament al torrent sanguini com a part d'un medicament? Arriba al nostre tracte digestiu a través de la cadena alimentària o s'aplica a la pell? «Per avaluar de manera fiable el risc per a les persones, hem de conèixer l’aplicació del material», diu Wick. Perquè l’aplicació determina si, com i en quines quantitats es produeix una exposició.
Accessible i fiable
«Les eines i models utilitzats per a les avaluacions en el marc SSbD van ser desenvolupats principalment per a productes químics», diu Fiorella Pitaro. On en el cas dels productes químics principalment l'estructura molecular determina les propietats, en els materials intervenen molts més factors: l’estat de la superfície, la forma i la mida de les partícules, el tipus de processament i molt més. Un altre objectiu dels investigadors de l'Empa és, per tant, desenvolupar les eines SSbD existents per tal que es puguin aplicar també a materials.
L’objectiu d’SSbD és promoure innovacions sostenibles i segures. «Per tal que la indústria, en particular les PIMES, puguin aplicar-lo, el marc ha de ser encara més accessible i senzill», diu Peter Wick. Les declaracions que fa sobre la seguretat i sostenibilitat dels materials i productes químics investigats haurien de ser tan fiables com sigui possible. Per conciliar aquests requisits contradictoris, encara es necessita més investigació, alguna cosa que els equips d'Empa promouen en diferents projectes.
Pel que fa a la seguretat i la sostenibilitat del grafè, els experts són cautelosament optimistes. En moltes àrees i aplicacions, el material sembla ser més segur i sostenible que les alternatives de carboni utilitzades actualment. No obstant això, això no és un passaport lliure per alliberar-lo sense restriccions al medi ambient, adverteixen. «Encara no ho sabem tot», diu l'investigador d'Empa Wick.