Banar väg för avancerad teknik

I jakten på hållbara energilösningar är biomassa en lovande resurs.

BioGraph-projektet omvandlar biomassa till högkvalitativ grafit och grafen genom laserinducerad grafitisering, vilket öppnar nya dörrar för avancerad teknik. Det banar väg för en grönare framtid.

Det är intensiva dagar på kontoret hos Chalmers Industriteknik (CIT) i Göteborg. CIT leder eller deltar i 450–500 projekt årligen, där BioGraph är ett spännande exempel.

Projektet utforskar en banbrytande idé: att restprodukter och lågvärdig biomassa kan förädlas till högpresterande grafit genom precisionsstyrda processer.

– Genom att använda laserljus för att värma upp, karbonisera och/eller grafitisera specifika områden i biomassa introducerar vi en helt ny nivå av kontroll över processen, förklarar Lilei Ye, projektledare på CIT.

Materialet kan därefter användas i energilagrings- och kraftsystem, exempelvis i superkondensatorer och batterier.

– I slutändan ligger projektets relevans i dess förening av hållbarhet, effektivitet och teknisk utveckling. Det utmanar konventionella antaganden om resursanvändning och materialproduktion samt visar att miljövänligare lösningar kan kombineras med hög prestanda och skalbarhet, säger Lilei Ye.

Flexibel tillverkning

Traditionella grafitiseringsprocesser kräver vanligtvis extremt höga temperaturer under lång tid, vilket medför betydande energiförbrukning och utsläpp. Användningen av laserenergi erbjuder ett mer effektivt tillvägagångssätt där energin tillförs exakt där den behövs. Det minimerar energiförluster och möjliggör snabbare bearbetning.

Den lokala och behovsstyrda uppvärmningen minskar inte bara det totala energibehovet utan öppnar också möjligheter för skalbara och flexibla tillverkningssystem.

– När industrier och samhällen strävar efter att minska sina koldioxidutsläpp och bygga robusta försörjningskedjor visar innovationer som denna vägen framåt. Här utvinns inte avancerade material till höga miljökostnader, utan de skapas, formas och förädlas genom intelligenta, hållbara processer, säger Lilei Ye.

Resultat synliggörs

 Som projektkoordinator tillför Chalmers Industriteknik den struktur som krävs för att ett tvärvetenskapligt samarbete ska kunna blomstra. Genom att samla expertis inom materialvetenskap, laserprocesser, energi och hållbarhet säkerställer CIT att varje del av projektet utvecklas i linje med gemensamma mål och tidsplaner.

Som projektets kommunikationsansvariga översätter CIT dessutom tekniska framsteg till tillgängliga berättelser som når olika målgrupper, från forskarkollegor och industriföreträdare till beslutsfattare och allmänhet.

”Genom strategisk kommunikation säkerställer vi att projektets resultat synliggörs, förstås och sätts i ett större sammanhang av hållbara material och energiomställning.”

 – Lilei Ye

Som ansvariga för nyttiggörandet av projektets resultat fokuserar CIT på resan från forskning till praktisk användning, så att innovationerna kommer ur labbet. Ett viktigt steg är att identifiera möjligheter till uppskalning, kommersialisering och integration i befintliga värdekedjor, särskilt inom sektorer där hållbara alternativ till grafit efterfrågas.

– Vi samarbetar med potentiella slutanvändare, utvärderar marknadspotentialen och anpassar projektets tekniska utveckling till praktiska och ekonomiska förutsättningar. Genom att tidigt beakta hur resultaten kan användas i praktiken hjälper vi till att maximera både projektets genomslag och dess långsiktiga värde, säger Lilei Ye.

Viktig omvandling

 BioGraph-projektet, som finansieras av Energimyndigheten, har gjort betydande framsteg i att etablera grunden för processen. Lämpliga råmaterial har noggrant valts ut från träbaserad biomassa, vilket ger ett konsekvent och hållbart utgångsmaterial.

– Dessa material har därefter genomgått en stabiliseringsbehandling för att avlägsna flyktiga organiska föreningar, vilket säkerställer strukturell integritet och förbättrar deras lämplighet för vidare bearbetning.

Sedan har riktad laser framgångsrikt använts för att framkalla kolbildning. Steget visar att det är möjligt att använda lokal energitillförsel för att omvandla biomassa till funktionella kolmaterial.

Tekniskt genomförbart

BioGraphs väg från forskning till industri är en gradvis, kontinuerlig process snarare än en enstaka milstolpe. De framsteg som redan gjorts, med urval och stabilisering av biomassa samt demonstrationen att fokuserat laserljus kan inducera kolbildning, utgör en viktig utgångspunkt.

– Det visar att grundkonceptet inte bara är vetenskapligt välgrundat utan också tekniskt genomförbart. I takt med att projektet fortskrider blir nästa naturliga steg att testa det biobaserade materialet i energilagringssystem, säger Lilei Ye.

 Text: Jonas Löfvendahl

Fakta om BioGraph

Projektet pågår 2024–2027 och finansieras av Energimyndigheten inom programmet Bio+ 2024. Projektmedlemmar är RISE, Ligna Energy, Percy Roc, STMicroelectronics Silicon Carbide, 2D fab och Chalmers Industriteknik. Följ projektet via LinkedIn, här!

Kontakt

Lilei Ye, Chalmers Industriteknik, lilei.ye@chalmersindustriteknik.se

Andra röster om projektet:

– Det är intressant att få diskutera vad som händer rent fysikaliskt i den komplexa zonen där biomassan värms och konverteras till grafit. Allt händer under några nanosekunder, där det finns en blandning av förgasade atomer som formerar sig till grafitstrukturer under mekaniskt och termiskt extrema förhållanden, säger Hjalmar Granberg, forskare på RISE.

”Laserinducerad grafit kan möjliggöra hållbar elektronik, från flexibla sensorer till komponenter för energilagring, allt producerat från förnybara råvaror. Vi har gått från grundläggande experiment till att på ett tillförlitligt sätt omvandla lignin till högkvalitativ grafit.”

 – Subimal Majee, forskare på RISE