"Kritiska råvaror" är avgörande för många europeiska industrier, men de är sårbara för brist och försörjningsstörningar. Som sådan, det är mycket viktigt att Europa utvecklar strategier för att möta efterfrågan på råvaror. En sådan strategi är att hitta metoder eller ämnen som kan ersätta de råvaror som vi idag använder. Med detta i åtanke, fyra EU-projekt som arbetar med substitution i katalys, elektronik och fotonik presenterade sitt arbete vid den tredje innovationsnätverksworkshopen om substitution av kritiska råmaterial som hölls av CRM_INNONET-projektet i Bryssel tidigare denna månad.
NOVACAM
NOVACAM, ett samordnat Japan-EU-projekt, syftar till att utveckla katalysatorer som använder icke-kritiska element utformade för att frigöra biomassans potential till en livskraftig energi- och kemisk råvara.
Projektet använder en "catalyst by design"-metod för utveckling av nästa generations katalysatorer (oorganiska katalysatorer i nanoskala), som NOVACAM-projektkoordinatorn Prof. Emiel Hensen från Eindhovens tekniska universitet i Nederländerna förklarade. Lanserades i september 2013, projektet utvecklar katalysatorer som innehåller icke-kritiska metaller för att katalysera omvandlingen av lignocellulosa till industriella kemiska råvaror och biobränslen. Den första delen av projektet har varit att utveckla principen kemi medan den andra delen är att visa bevis på processen. Prof. Hensen förutspår att kanske bara två av tre koncept kommer att överleva till denna fas.
Projektet har redan gjort betydande framsteg när det gäller omvandling av glukos och etanol, enligt prof. Hensen, och har producerat några viktiga vetenskapliga publikationer. Konsortiet arbetar med en industriell rådgivande styrelse som består av Shell i EU och Nippon Shokubai i Japan.
FRIKATER
FREECATS-projektet, presenterad av projektkoordinator Prof. Magnus Rønning från Norges teknisk-naturvetenskapliga universitet, har under de senaste tre åren arbetat med att utveckla nya metallfria katalysatorer. Dessa skulle antingen vara i form av bulk nanomaterial eller i hierarkiskt organiserade strukturer – som båda skulle kunna ersätta traditionella ädelmetallbaserade katalysatorer i katalytiska transformationer av strategisk betydelse.
Prof. Magnus Rønning förklarade att tillämpningen av de nya materialen kan eliminera behovet av användning av platinagruppmetaller (PGM) och sällsynta jordartsmetaller – i båda fallen är Europa mycket beroende av andra länder för dessa material. Under loppet av sin forskning, FREECATS riktade sig särskilt mot tre områden – bränsleceller, produktion av lätta olefiner och vatten- och avloppsvattenrening.
Genom att arbeta för att ersätta platina i bränsleceller, projektet stödjer EU:s mål att byta ut förbränningsmotorn till 2050. som prof. Rønning noterade, medan platina har optimerats för användning under flera decennier, Materialet som FREECATS använder är nytt och kommer därför med sina nya utmaningar som projektet tar upp.
HARFIR
Prof. Atsufumi Hirohata vid University of York i Storbritannien, projektkoordinator för HARFIR, beskrev hur projektet syftar till att upptäcka en antiferromagnetisk legering som inte innehåller den sällsynta metallen Iridium. Iridium blir mer och mer allmänt använt i många spin elektroniska lagringsenheter, inklusive läshuvuden i hårddiskar. Världsutbudet beror på platinamalm som huvudsakligen kommer från Sydafrika. Situationen är mycket värre än för andra sällsynta jordartsmetaller eftersom priset har skjutit i höjden under de senaste åren, enligt prof. Hirohata.
HARFIR-teamet, delad mellan Europa och Japan, syftar till att ersätta Iridium-legeringar med Heusler-legeringar. EU-teamet, ledd av prof. Hirohata, har arbetat med framställning av polykristallina och epitaxiella tunna filmer av Heusler-legeringar, med materialutformningen ledd av teoretiska beräkningar. Det japanska laget, ledd av prof. Koki Takanashi vid Tohoku University, arbetar under tiden med att förbereda epitaxiella tunna filmer, mätningar av fundamentala egenskaper och strukturell/magnetisk karakterisering med neutron- och synkrotronröntgenstrålar.
En av de största utmaningarna har varit att Heusler-legeringar har en relativt komplicerad atomstruktur. När det gäller HARFIRs arbete, om någon atomär störning vid kanten av nanopelarenheter, de magnetiska egenskaper som behövs går förlorade. Teamet undersöker lösningar på denna utmaning.
IRENA
Prof. vid Esko Kauppinen Aalto-universitetet i Finland avslutade förmiddagens första session med sin presentation av IRENA-projektet. Lanserades i september 2013, projektet kommer att pågå till mitten av 2017 och arbeta mot målet att utveckla högpresterande material, specifikt metalliska och halvledande tunna filmer av kolnanorör (SWCNT) för att helt eliminera användningen av de kritiska metallerna i elektronenheter. Det slutliga målet är att ersätta Indium i transparenta ledande filmer, och indium och gallium som halvledare i tunnfilmsfälteffekttransistorer (TFT).
IRENA-teamet utvecklar ett alternativ som är flexibelt, transparent och töjbar så att den kan möta kraven från framtidens elektronik – inklusive möjligheten att skriva ut elektronik.
IRENA involverar tre partners från Europa och tre från Japan. Teamet har expertis inom nanorörssyntes, tunnfilmstillverkning och flexibel enhetstillverkning, modellering av nanorörstillväxt och tunnfilmsladdningstransportprocesser, och projektet har dragit nytta av utbyten av gruppmedlemmar mellan institutioner. En av de viktigaste framgångarna hittills är att projektet har lyckats använda en tunn nanorörsfilm för första gången som både elektrod- och hålblockerande skikt i en organisk solcell.
