Grafén – nytt materiale – norske råstoffer

Oppdagelsen resulterte i en Nobelpris. om noen år kan den føre til en ny industriell revolusjon. og Norge er nesten alene i europa om råstoffressurser med høy gehalt.

«Det mest fantastiske mineralet menneskeheten noen gang har fått tilgang til», blir det hevdet fra autorativt hold. «Det vil få like stor betydning som dampmaskinen hadde for den industrielle revolusjon», hevder andre forståsegpåere.

  • Grafén har så spesielle egenskaper at det kan bli brukt på områder vi i dag ikke har mulighet til å forutse, mener Håvard Gautneb, forsker ved Norges geologiske undersøkelse (NGU).
  • Grafén er et usedvanlig spennende materiale som fremstilles fra grafitt, og forekomster med grafitt finnes flere steder her i landet. Det vet vi fra tidligere kartlegging, og vi har fått det bekreftet gjennom prospekteringsprogrammet MINN (Mineralressurser i Nord-Norge) som NGU leder.

Om disse forekomstene også er økonomisk drivverdige er en annen sak. Det er det opp til industrien å finne ut av.

 

Grafitt i perspektiv

Verdens totale produksjon av naturlig grafitt var i 2012 1,17 millioner tonn. I hht. USGS er Kina med 800 000 tonn (67 %) den største produsenten. India lå på andreplass med 160.000 tonn (13 %), med Brasil, Nord-Korea, Canada og Russland på de neste plassene. De stod til sammen for 96 % av produksjonen. Norges produksjon var 9000 tonn (< 1 %). 

Håvard Gautneb viser frem to steinprøver som begge inneholder grafi tt. Den svarte til høyre er fra Trælen på Senja og inneholder 30 prosent karbon. Den til venstre er fra Kragerø-området og inneholder kun 3 prosent karbon. Foto: Halfdan Carstens

Håvard Gautneb viser frem to steinprøver som begge inneholder grafitt. Den svarte til høyre er fra Trælen på Senja og inneholder 30 prosent karbon. Den til venstre er fra Kragerø-området og inneholder kun 3 prosent karbon.
Foto: Halfdan Carstens

Ett lag atomer

Grafitt består av lag på lag med karbonatomer (C) og har lenge vært kjent som et anvendelig mineral.

  • I førindustriell tid var grafitt viktig i for eksempel blyanter, men dette har naturlig nok lenge vært et minkende marked.
  • I dag har grafitt et bredt bruksområde på grunn av høy elektrisk ledningsevne, høy varmeledningsevne, stor kjemisk motstandsdyktighet og gode smøreegenskaper. Det brukes derfor alt overveiende i metallurgisk industri, men også i bilindustrien, forteller Gautneb.

Grafén består derimot av kun ett lag med karbonatomer – det er todimensjonalt – og har helt unike egenskaper, forskjellig fra alle andre mineraler og metaller.

  • Grafén er det tynneste og kraftigste materialet som noen gang er påvist. Det blir sagt at det er 1000 ganger sterkere enn stål. I tillegg leder det varme bedre enn noen andre stoffer, og det leder elektrisitet like godt som kobber.
  • Grafén er i det hele tatt så spesielt at det bare er fantasien som setter grenser for fremtidig bruk, og det er allerede tatt ut hundrevis av patenter for forskjellige typer anvendelse, forteller Gautneb.

Grafén ble første gang fremstilt i 2004, og i 2010 fikk to fysikere Nobelprisen for sine grunnleggende eksperimenter for hvordan materialet kan anvendes.

  • Grafén gir nye muligheter for forskning i kvantefysikk, men fremfor alt kan det ha en rekke praktiske anvendelser innenfor elektronikk, og i tillegg er det et supersterkt materiale i kombinasjon med for eksempel plast. Solceller er også en interessant mulighet, i følge Gautneb.

Gautneb forteller at grafén foreløpig kun produseres i laboratoriet. Ved framtidig masseproduksjon vil grafitt være et råstoff, selv om også kunstig grafitt vil kunne brukes. Han tror imidlertid at det vil ta fem til ti år før grafén har oppnådd en lav nok pris til at det kan brukes industrielt.

EU vurderer grafitt som ett av flere kritiske mineraler. Det betyr at EUs interne produksjon er liten i forhold til antatt fremtidig forbruk. Kritiske mineraler representerer et satsingsområde. Konsekvensen er at EU har bevilget flerfoldige milliarder kroner til forskning omkring bruken av materialet grafén.

 

Sterk motor – mye grafitt

Batterier som brukes i elektriske biler benytter to ganger så mye grafitt som litium. Hvis vi antar mellom 1,2 og 1,6 kg karbon per kWh, vil en Tesla med en motor på 60 kWh trenge opp mot 100 kg grafén per bil. Batteriet veier totalt i overkant av et halvt tonn. Hver Nissan Leaf inneholder 35 kg grafitt i batteri pakken. I laboratorieskala har man klart å lage superkondensatorer fra grafén som kan konkurrere med litiumbatterier nå det gjelder lagret strømmengde, og som kan full-lades på under 30 sekunder.

 

Tradisjonsrik drift

  • Norge er et av de land i verden som har lengst vedvarende produksjon av grafitt, forteller Gautneb.

Det vet Leonhard Nilsen & Sønner AS (LNS) mye om. Firmaet har drevet Skaland Graphite siden 2003 etter at det kjøpte konkursboet da virksomheten ikke kunne fortsette lenger. Men før det skjedde hadde forskjellige eiere drevet gruva på Senja siden 1932. Det var imidlertid vanskelig å få til lønnsom drift på den kompliserte forekomsten. Mange hadde brent seg.

Området rundt gruva er dominert av granittiske gneiser av prekambrisk (tidlig proterozoikum) alder, og forekomsten er en nedfoldning av sterkt omvandlete bergarter som amfibolitter, gneiser og grafittskifre med til dels markert bånding av bare noen cm til dm tykkelser. I Skaland ble det drevet på fire lag med en samlet tonnasje på 2,1 millioner tonn. (Kilde: Boye Flood, … bygger i berge; 2000).

Etter en brann i 1985 ble det satt i gang et leteprogram som resulterte i funnet av Nonsgangen. Denne var i drift til 2006 Etter dette ble gruva flyttet fra tettstedet Skaland til Trælen. Oppboringen startet i 2000, og i 2007 kom driften i gang, men da hadde altså LNS overtatt virksomheten.

Det interessante er hvor lenge virksomheten kan pågå på Trælen. LNS håper at de kan holde på i 75 år til. Like spennende er det om det finnes andre drivverdige forekomster, på Senja eller andre steder i landet. I Vesterålen er Norwegian Graphite i full gang med planleggingen av drift på en gruve der det har vært drift tidligere.

 

Mer å finne

Det har vært drift i tre områder i Norge. På Senja, Lofoten/Vesterålen og i Holandsforden sør for Glomfjord.

  • Grafittforekomstene som vi finner på Senja, i Lofoten/Vesterålen og i Rana stammer alle fra svartskifre som kan være opp mot to milliarder år gamle.

Gautneb forteller at grafitt dannes gjennom metamorfose (omdanning under høy temperatur og høyt trykk) av skifre og kull. Det er nødvendig at temperaturen stiger over 800 C, og nåværende kunnskap tilsier at alle norske forekomster opptrer i det samme geologiske miljøet i grunnfjellet. De store mengdene med metamorfe bergarter vi har i Norge gjør at vi har geologiske forhold som er gunstig for denne typen forekomster.

  • Forekomsten i Trælen er med 30 prosent karbon i den absolutte verdensklasse, men flere av de andre forekomstene på Senja har også høye gehalter, over 10 prosent.
  • En god og stor norsk forekomst vil kunne være i størrelsesorden fem millioner tonn med 25 prosent karbon. I Australia og Canada opererer de imidlertid med forekomster på 70-80 millioner tonn. Til gjengjeld er karboninnholdet mindre enn 10 prosent, forteller Gautneb.

Men det kan være mer å finne. Prospekteringsprogrammet MINN har definert en rekke anomalier, i hovedsak basert på elektromagnetiske målinger som trenger om lag 100 meter ned i bakken. Disse har gitt grunnlag for et omfattende feltarbeid som vil strekke seg over to år. Da er det snakk om å dra ut med hammer, kompass og klinometer og prøve å forstå forekomstene i tre dimensjoner.

  • Ved hjelp av de elektromagnetiske målingene har vi funnet mange nye anomalier som vi tror er grafitt, og vi har også fått ny kunnskap om gamle forekomster.

Gautneb trekker spesielt frem forekomsten Bukkemoen på Senja med 15 prosent karbon. Den har vært kjent i flere år, men det er først etter sist sommers geofysiske målinger at geologene har fått en viss ide om størrelsen. Foreløpig er det ingen som har tatt ut leterettigheter på den.

  • Vi har ennå ikke funnet forekomster som er like gode som Trælen, så i fremtiden må vi etter all sannsynlighet basere oss på gehalter som er lavere enn 15 prosent.

Norge som leverandør

Grafitt kan være fremtidens mineral på grunn av at det er et råstoff for det kunstig fremstilte materialet grafén. Få og små forekomster i Europa har derfor gjort at grafitt har kommet inn på EUs liste over kritiske mineraler.

I dette perspektivet er det interessant å finne nye norske forekomster som kan redusere behovet for grafitt fra for eksempel Kina. Og vi er godt i gang. Det har den forrige regjeringen sørget for.

  • Etter min mening er grafittprospekteringen noe av det mest spennende med det pågående MINN-programmet, avslutter Håvard Gautneb.

Grafitt

Heksagonalt og trigonalt mineral som består av rent karbon (C). Metallaktig glinsende, svart til stålgrått, bløtt og fettaktig å ta på. Grafitt finnes særlig i svarte skifre, marmor og noen gneiser som glinsende, svarte flak. Der det opptrer i sterkt omdannede sedimentære bergarter har det trolig en organisk opprinnelse.

Norsk Geologisk Ordbok

 

Grafén

Grafén er et materiale med lignende egenskaper og sammensetning som grafitt, men grafén består av bare ett lag av karbonatomer ordnet i et sekskantmønster (heksagonal struktur). Det er det tynneste og sterkeste materialet som noensinne er laget. Grafén leder dessuten elektrisitet bedre enn silisium. Materialet gir dermed nye muligheter innen materialteknikk og elektronikk.

Wikipedia

Det viktigste fra de siste dagene

Vil stikke kjepper i hjulene

Går egne veier

Er bergenserne dumme?


geo365 Nyhetsbrev

* = required field

0 Comments