Världens tunnaste material stärker förpackningsindustrin

Grafen är det yngsta materialet i världen. Trots det har det hunnit vinna ett Nobelpris och bedöms vara lättare än bomull och starkare än stål. Grafen leder dessutom elektricitet snabbare än många andra material. Sedan det upptäcktes 2004 har materialet genererat stort intresse – men var hittar det sin plats i den prispressade förpackningsindustrin?
 

Det minst sagt spännande materialet grafen består av kolatomer som sitter ihop i ett tunt, tvådimensionellt skikt. Som jämförelse brukar grafen beskrivas som en miljon tunnare än ett hårstrå.

– Det är något med möjligheterna i materialet – när man väl inser vad man kan göra med grafen blir det nästintill omöjligt att släppa, säger Helena Henke, vd för 2D fab.
 

Grafenproduktionens pionjärer

2D fab är ett ledande företag inom storskalig tillverkning av grönt grafen, sprunget ur Mittuniversitet. De har utvecklat en storskalig och grön produktionsprocess för grafen. Helena har lång erfarenhet från start up- och scale up-bolag med fokus på affär, teknik och organisation. Och för några år sedan flyttade hon till Sundsvall där hon arbetade som managementkonsult, bland annat hos 2D fab.
 

– Jag hade ingen bakgrund inom grafen, men blev snabbt förälskad i potentialen och passionen i både materialet och företaget.
 

Vilka utmaningar och möjligheter finns i förpackningsindustrin?

Förpackningsindustrin är som nämnt prispressad, vilket kommer med sina utmaningar. Eftersom 2D fab kan producera stora volymer till ett konkurrenskraftigt pris finns en bra match i förpackningsindustrin, som kräver stora mängder material. Men hur kan världens tunnaste material bidra till en mer hållbar industri?
 
Grafen kan till exempel användas i lim vid tillverkning av wellpapp där det snabbar på torktiden avsevärt. Något som både ökar produktionskapaciteten och minskar energiförbrukningen eftersom produktionen kan ske vid lägre temperaturer. Grafen leder nämligen både värme och elektricitet snabbare än andra material.
 
Trots att alla är överens om att grafen kommer att revolutionera industrin, är det ett mytomspunnet material med stor komplexitet. Det kräver viss förklaring för att förstå potentialen utan att misstolka egenskaperna.
 
Jon Wingborg är ansvarig för det svenska ekosystemet inom grafen på det strategiska innovationsprogrammet SIO grafen. SIO Grafen arbetar för att svenska företag ska bli världsledande inom grafen och andra 2D-materiaL, där Chalmers Industriteknik är en aktiv part i många projekt.
 
– På ett sätt kan 20 år verka som en lång tid, men när det gäller nya material är det faktiskt väldigt kort. När grafen först upptäcktes, med sina 200 gånger starkare egenskaper än stål, tänkte man att det kunde revolutionera industrin, som att bygga bilar med något så tunt som ett A4-papper. Förväntningarna var höga, men i verkligheten visade sig de första experimenten bara ge en flaga som var en mikrometer stor och inte alls 200 gånger starkare än stål, förklarar han.
 
Grafen – en lösning för hållbar produktion

Enligt Jon Wingborg har det krävts mycket experimenterande för att förstå att styrkan inte är grafens främsta egenskap. Det handlar snarare om andra egenskaper och att få dem att samverka med befintliga industriella processer. Helena Henke håller med honom, för hon lyfter också allas förväntningar på materialet och som därför blivit synonymt med grafen.
 
– Ofta finns det en kvarstående fråga om varför grafen, som lovordats för sina exceptionella egenskaper, inte redan används överallt. Svaret ligger i utmaningen att överföra något från den kontrollerade miljön i ett laboratorium till storskalig industriell produktion, säger hon.
 
Det är en utmaning i sig att realisera något som i labbmiljö utvecklats till perfektion och sedan bevisa att det fungerar i en befintlig industriell produktionsprocess. 2D fab arbetar med två parallella spår för att lyckas med det.
 
–  Å ena sidan utvecklar vi helt nya material, vilket tar tid eftersom inte bara grafenet måste fungera, utan även andra komponenter måste samverka, till exempel när man ersätter ett formaldehydlim med ett biobaserat alternativ. Å andra sidan försöker vi förstärka redan befintliga material, vilket kräver att vårt material kan integreras i kundens nuvarande och fungerande processer. Därför måste vårt material anpassas till perfektion, förklarar Helena Henke.
 
För det är inte som att tillsätta salt och peppar på maten direkt:

– Vi pratar om nanomaterial som i mycket små mängder måste fungera felfritt i stora produktionsprocesser och slutprodukter, säger hon.
 
Fortsatt utveckling och framtidsperspektiv

Grafen är ett spännande framtidsmaterial trots dess komplexitet och ringa ålder. Speciellt när det kommer till att förbättra hållbarheten inom förpackningsindustrin.
 
Grafen kan nämligen bidra till minskad klimatpåverkan. Till exempel genom att minska resursanvändning, förstärka material, öka återvinningsbarheten och ersätta miljöskadliga ämnen, exempelvis formaldehydlim, med biobaserade alternativ som förstärkts av grafen.
 
Framförallt handlar det om grafens främsta egenskap – förmågan att leda värme och elektricitet blixtsnabbt. Men vilken betydelse har den egenskapen för tillverkning av förpackningar?
 
Helena Henke och Jon Wingborg menar att den är enorm. För genom att addera grafen till befintliga kompositer får du ett värmeledande “supermaterial”. Något som är avgörande för att minska energiförbrukningen i produktionen av förpackningsmaterial.
 
– Där vi arbetar mycket med lim och tätningsmedel är värmeledning en avgörande faktor. Genom att förbättra värmeledningen kan vi sänka temperaturen i produktionen, eftersom mindre värme krävs för att exempelvis torka ett lim. Det leder till kortare torktider, då värmen antingen leds bort eller sprids mer effektivt i materialet, förklarar Helena Henke.
 
Två fokusområden hos 2D fabs är elektromagnetiskt skyddande och antistatiska material. Här handlar det om att utveckla material som kan leda bort elektromagnetisk strålning för att skydda innehållet.
 
– Dessutom arbetar vi med att förbättra de barriära egenskaperna. Ett av våra mål är att ta fram en film som kan ersätta aluminium i våtkartongförpackningar, vilket skulle göra det möjligt att använda ett återvinningsbart material, säger hon.
 
En grön omställning i sikte på Scanpack 2024

Slutligen ser både Helena Henke och Jon Wingborg stora möjligheter för förpackningsindustrin. Det kommer dock att krävas rätt förväntningar och förståelse för grafens egenskaper och tillämpningar, som i rätt sammanhang kan skapa banbrytande förbättringar.
 
– Det här är inget man gör ensam. Och i Sverige är vi duktiga på att samarbeta. Vi har många mindre företag som jobbar tillsammans, säger Jon Wingborg, som tillsammans med Helena Henke öppnar scenprogrammet på 2024 års upplaga av Scanpack den 22-25 oktober på Svenska Mässan i Göteborg.
 
Klockan 10.30 22 oktober kliver de båda upp på scenen för att under 25 minuter berätta om varför världens tunnaste material har förmågan att lyfta in förpackningsindustrin i en mer hållbar framtid.
 
– Det är ju det som är vår drivkraft. Att grafen faktiskt är ett material som kan möjliggöra en grön omställning, avslutar Helena Henke.
 
Köp biljett till Scanpack och ta del av nästan 400 utställare, inspirerande scenprogram, jubileumsföreläsningar- och erbjudanden, workshops samt nätverksprogrammet Scanpack Matchmaking.