Wie steht es um die angekündigten Anwendungen aus Graphen und verwandten Materialien? Dank Initiativen wie dem Graphene Flagship der Europäischen Union und hohen Investitionen aus der Industrie ist die Zeit nun allmählich reif, um Graphen-basierte Prototypen und Nischenanwendungen herzustellen. Forscher des Fraunhofer-Instituts für System- und Innovationsforschung ISI haben im Rahmen des Graphene Flagship zwei neue Publikationen veröffentlicht, die eine Roadmap für die erwartete zukünftige Markteinführung von Graphen-Anwendungen vorstellen.

Entdeckung tausender geschichteter Materialien

Im Jahr 2004 wurde Graphen noch über das Abschälen von atomar dünnen Graphit-Schichten hergestellt. Heute lassen sich, unter anderem dank der Fortschritte, die das Graphene Flagship ermöglicht hat, hohe Mengen an Graphen mit einer zuverlässigen und reproduzierbaren Qualität herstellen. Darüber hinaus hat das Graphene Flagship die Entdeckung tausender geschichteter Materialien vorangetrieben, die in ihren Eigenschaften und Anwendungen komplementär zu Graphen sind und sich zudem um eine Standardisierung bei der Herstellung von Graphen bemüht, um Konsistenz und Vertrauenswürdigkeit zu gewährleisten.

Die neuen Veröffentlichungen der Wissenschaftler des Fraunhofer ISI, die in der Zeitschrift 2D Materials erschienen sind, geben einen Überblick über die neuesten Ergebnisse der Technologie- und Innovations-Roadmap, einem Prozess, der die verschiedenen Wege zur Industrialisierung und Kommerzialisierung von Graphen und verwandten Materialien untersucht. Insbesondere fassen diese Artikel die Auswirkungen zusammen, die Graphen und verwandte Materialien auf Produktionsprozesse und die Entstehung neuer Wertschöpfungsketten haben werden.

Graphen-Anwendungen sind bereits jetzt auf dem Markt verfügbar

"Unser Ziel ist es, Graphen und verwandte Materialien in alltägliche Produkte und die Fertigung zu integrieren", sagt Dr. Henning Döscher, der am Fraunhofer ISI die Arbeiten des Graphen-Roadmap-Teams leitet. "Wir analysieren kontinuierlich die wissenschaftlichen und technologischen Fortschritte auf diesem Gebiet sowie deren Potential, zukünftige industrielle Anforderungen zu erfüllen. Unsere ersten beiden Graphene Roadmap Briefs fassen einige der spannendsten Ergebnisse zusammen", fügt er hinzu. "Graphen und verwandte Materialien schaffen Mehrwert in der gesamten Wertschöpfungskette, von der Verbesserung und Schaffung neuer Materialien bis hin zur Verbesserung einzelner Komponenten und schließlich der Endprodukte." Einige Graphen-Anwendungen wie Verbundwerkstoffe oder Beschichtungen sind bereits jetzt auf dem Markt verfügbar. Die Industrie wird bald in der Lage sein, die neuesten Innovationen in konkrete Produkte und Anwendungen umzusetzen und mit der Herstellung von Batterien, Solarzellen, elektronischen Endgeräten oder Medizintechnologien zu beginnen.

"Die Marktnachfrage nach Graphen hat sich in den letzten zwei Jahren fast vervierfacht", erklärt Dr. Thomas Reiß, Co-Leiter des Roadmap-Projekts am Fraunhofer ISI. "Durch die Stärkung von Standards und die Schaffung maßgeschneiderter, hochwertiger Materialien erwarten wir, dass wir bis 2025 über Nischenprodukte und -anwendungen hinausgehen und eine breite Marktdurchdringung erreichen", fügt er hinzu. "Dann könnte Graphen in allgegenwärtigen Gebrauchsgegenständen wie Reifen, Batterien und Elektronikgeräten eingesetzt werden."

Europa muss bei Graphen-Anwendungen führend bleiben

Das anbrechende Jahrzehnt ist entscheidend auf dem Weg zur Marktreife von Graphen und verwandten Materialien. "Bis 2030 werden wir sehen, ob Graphen wirklich so disruptiv ist wie Silizium oder Stahl", sagt Döscher. "Das Graphene Flagship hat bereits gezeigt, dass Graphen für zahlreiche Anwendungen nützlich ist", fügt er hinzu. "Jetzt müssen wir dafür sorgen, dass Europa auf diesem Gebiet führend bleibt, um sicherzustellen, dass wir von den wirtschaftlichen und gesellschaftlichen Auswirkungen der Entwicklung solcher Innovationen profitieren."

Alexander Tzalenchuk, der den Industrialisierungs-Bereich beim Graphene Flagship leitet, sagt: "Die Veröffentlichung der Roadmap Briefs kommt zu einem guten Zeitpunkt und wird von der Industrie, die Innovationen auf Basis von Graphen und verwandten Materialien hervorbringen wird, begrüßt. Mehr Vertrauen in Graphen-basierte Produkte ist eine wichtige Voraussetzung für die industrielle Akzeptanz. Auf der Grundlage der Marktanalyse und Technologiebewertung der Graphene Flagship Roadmap ist dies ein weiterer wichtiger Beitrag, die eine fachliche Validierung der Eigenschaften von Graphen und verwandten Materialien, Graphen-verstärkten Komponenten, Geräten und Systemen durch die Entwicklung konsensbasierter und akzeptierter internationaler Standards vorsieht."

Kari Hjelt, Head of Innovation des Graphene Flagship, fügt hinzu: "Wir sehen ein stark gestiegenes Interesse an Graphen in verschiedenen Industriezweigen, wie die elf Spearhead-Projekte des Graphene Flagship zeigen, die alle von Industriepartnern geleitet werden. Die ersten Massenanwendungen ebnen den Weg zu aufstrebenden Bereichen mit hoher Wertschöpfung in der Elektronik und biomedizinischen Anwendungen. In naher Zukunft werden wir die transformative Kraft von Graphen in vielen Branchen erleben. Die Updates des Technologie- und Innovations-Roadmap-Teams beleuchten den Weg, der sowohl für die Forschung als auch für die Industrie noch vor uns liegt."

Das Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung ISI analysiert Entstehung und Auswirkungen von Innovationen. Wir erforschen die kurz- und langfristigen Entwicklungen von Innovationsprozessen und die gesellschaftlichen Auswirkungen neuer Technologien und Dienstleistungen. Auf dieser Grundlage stellen wir unseren Auftraggebern aus Wirtschaft, Politik und Wissenschaft Handlungsempfehlungen und Perspektiven für wichtige Entscheidungen zur Verfügung. Unsere Expertise liegt in der fundierten wissenschaftlichen Kompetenz sowie einem interdisziplinären und systemischen Forschungsansatz.