مقدمه

مدت زمان زیادی نیست که گرافن به یکی از موضوعات جالب توجه در دنیای فناوری بدل شده است. این ماده که سخت‌تر از الماس، رساناتر از مس و با شفافیتی چشمگیر است، توجه بسیاری از صنایع و حوزه‌های کسب‌وکار را به خود جلب نموده است. نمودی از اهمیت گرافن را می‌توان در اختصاص جایزه نوبل فیزیک سال 2010 میلادی دانست که حتی به گفته یکی از برندگان جایزه فوق، به‌مانند کشف یک معدن طلا است. این ماده جادویی که بسیاری آن را جایگزینی برای سیلیکون می‌دانند، ماده‌ای با پایه کربنی و چگالی اتمی بالا است و همین ترکیب غیرعادی، خواصی منحصربه‌فرد، نظیر سختی و استحکام مکانیکی بسیار بالا، رسانایی الکتریکی و حرارتی بالا و قابل تنظیم، خصوصیات عالی نوری و ...، به آن بخشیده است. با توجه به اهمیت این ماده شگفت‌انگیز در دنیای نانو فناوری، در نوشتار حاضر به مرور تاریخچه تجاری‌سازی آن و روند تکاملی آتی خواهیم پرداخت.

گرافن چیست؟

گرافن ماده‌ای تک لایه، متشکل از اتم‌های کربن است که این اتم‌ها در یک شبکه دو بعدی و کند‌و مانند، به یکدیگر متصل شده‌اند. این ماده، دارای ضخامت یک اتم و با ویژگی‌های منحصربه‌فرد است و به همین دلیل، آن را به‌عنوان باریک‌ترین ماده جهان نیز می‌شناسند. به عبارت بهتر، گرافن اصطلاحی است که به نوارهای بسیار نازکی از تک لایه‌های گرافیت گفته می‌شود.

کاربردهای متعدد گرافن، حتی از خواص آن نیز جالب‌تر است. گرافن را می‌توان در هر جایی به کار برد، از جمله مواد کامپوزیتی، فیبرهای کربنی و یا صنایع الکترونیک. از آنجا که خواص گرافن هنوز هم به طور کامل کشف نشده است، بسیاری از محققین و دانشمندان، در حال تحقیق بر روی این مسئله هستند و سرمایه‌گذاری‌های عظیمی از سوی شرکت‌های فناور بزرگ و صنایع پیشرفته، بر روی فعالیت‌های تحقیق و توسعه مرتبط با کاربردهای گرافن در حال انجام است.

تجاری‌سازی گرافن

داستان تجاری‌سازی گرافن، به‌عنوان یک ماده با ویژگی‌های منحصربه‌فرد، آن‌چنان جدید نیست. اولین شرکت فعال در این زمینه، در سال 2006 میلادی تأسیس شد و جایزه نوبل سال 2010 میلادی نیز برای تحقیقات در زمینه گرافن اعطا شد. امروزه گرافن با تجربه تجاری بیش از یک دهه و استقبال فزاینده از آن، به دلیل در دسترس و مقرون‌به‌صرفه بودن، اولین موج از توسعه بازار را تجربه می‌نماید.

گرافن را نمی‌توان یک ماده جدید و نوظهور دانست. همان‌طور که در بالا اشاره شد، این ماده ارزشمند، موجب شد تا بابت تحقیقات در زمینه آن، جایزه نوبل سال 2010 میلادی، به «آندره گیم» و «کنستانتین نووسلوف» (دو دانشمند روس تبار از دانشگاه منچستر)، اعطا گردد. این در حالی است که اولین شرکت‌های پیشرو در زمینه تولید و تجاری‌سازی کاربردهای گرافن، از سال 2006 میلادی آغاز بکار نمودند. تمامی این موارد نشان می‌دهد که قدمت تجاری‌سازی گرافن، به بیش از یک دهه پیش باز می‌گردد. یکی از گزارش‌هایی که می‌تواند روند تغییر و تکامل در تجاری‌سازی گرافن را به خوبی ترسیم نماید، گزارش «بازار گرافن در سال‌های 2018-2028» است که ارزیابی جامعی پیرامون گرافن، نانوتیوب‌های کربنی و سایر مواد دو بعدی فراهم می‌سازد.

بنا بر گزارش مذکور، مراحل و نقاط عطف رشد گرافن و تجاری‌سازی آن را می‌توان در شش گام اصلی طبقه‌بندی نمود. در گام نخست، اولین شرکت‌های فعال در این زمینه راه‌اندازی شدند. با انتشار مقالات و گزارش‌های مختلف علمی و معرفی گرافن به‌عنوان یک انقلاب بزرگ در صنعت، تأمین مالی و جذب سرمایه‌گذاری از سوی این شرکت‌ها شدت یافت و نخستین امکانات برای فعالیت‌های تحقیق و توسعه و تولید در مقیاس‌های کم، آغاز شد. در گام دوم، تعدادی از شرکت‌های گرافنی رشد یافتند و مجموعه‌ای از پروژه‌های کوچک در اقصی نقاط جهان در این زمینه تعریف شد. روند سرمایه‌گذاری‌ها، به‌ویژه سرمایه‌گذاری‌های چشمگیر در مقیاس تحقیقاتی، نشان می‌داد که بازاری بسیار جذاب پیش روی شرکت‌ها و فعالان این حوزه قرار دارد. اغلب این شرکت‌ها، اقدام به فروش مقادیر کوچک گرافن تولیدشده، با قیمت‌های بسیار بالا نمودند و با وجود تلاش‌های بازیگران کوچک و بزرگ برای نشان دادن قابلیت‌های عملکردی خود، کاربران نهایی، بین آن چیزی که گرافن واقعاً می‌توانست به وجود آورد و آن چیزی که در دسترس آن‌ها قرار می‌گرفت، گیج و سردرگم می‌شدند. علاوه بر این، تأمین‌کنندگان کم‌تجربه و فاقد توانمندی در تولید به مقیاس، به ابهام بیشتر فضا دامن می‌زدند. در گام سوم، هم شرکت‌های تولیدکننده و هم کاربران نهایی، توانستند به‌نوعی واقع‌گرایی در مواجهه با چالش تجاری‌سازی گرافن دست یابند. از یک‌سو، کاربران نهایی سعی کردند تا انتظارات خود را تعدیل نموده و در مورد چالش‌های پیرامون کاربرد گرافن در حوزه‌های مختلف، به آگاهی بیشتری برسند. از سوی دیگر، تأمین‌کنندگان و شرکت‌های فعال در این حوزه نیز به عواملی همچون ایمنی، سازگاری فرآیندی و هزینه‌های تولید، توجه بیشتری نشان داده و تمامی این موارد، موجب شد تا نگرانی‌ها از آینده روشن گرافن و ارزش آن، تا حدی فروکش نماید. در این بازه زمانی، شرکت‌های فعال در این حوزه، همچنان رو به افزایش بود که البته شیب افزایش تعداد بازیگران تازه‌وارد، کمتر از قبل گردید. در این نقطه، بازار و کاربران، به ارزش این ماده منحصربه‌فرد پی برده و دیگر نگرانی از کاربردی نبودن آن، به‌عنوان یک جایگزین کم‌ارزش و فاقد آینده روشن نداشتند.

در گام چهارم، صنعت به سوی تکامل مجدد و افزایش ارزش گرافن حرکت نمود. بازیگران مختلف، از جمله چینی‌ها نیز به رقابت وارد شده و نشان دادند که در پی تجاری‌سازی کامل این ماده، به‌عنوان یک کسب‌وکار به مقیاس و کم‌هزینه هستند. فرآیندهای تولید، بهبود یافته و روش‌های جدیدی به کار گرفته شدند که موجب ارتقاء کیفیت و کاهش هزینه تمام‌شده تولید گرافن می‌گردید. با افزایش اعتمادبه‌نفس بازیگران و رفع نگرانی‌های اولیه، تجاری‌سازی محصول شتاب گرفته و حتی برخی از نمونه‌های تولیدی، با هدف شبیه‌سازی تقاضا، در معرض فروش قرار گرفت. با این حال، روند رو به رشد هزینه‌ها (تحقیق و توسعه، ظرفیت تولید و ...)، موجب گردید تا درآمدها مطابق انتظار رشد ننماید.

در گام پنجم (فعلی)، شرکت‌هایی با قابلیت‌های چندگانه و متنوع پدید آمده است و گرافن به‌طور فزاینده‌ای در دسترس کاربران قرار دارد. چین و تایوان، به‌عنوان بازیگران غالب از نظر ظرفیت تولید، مطرح بوده و بیشترین ظرفیت اسمی تولید را به خود اختصاص داده‌اند. البته نشانه‌هایی از تلاش‌های آمریکای شمالی و اروپا نیز به چشم می‌خورد که سعی در تغییر فضای رقابتی و جستجو برای راه‌های تولید انبوه دارند. تشدید رقابت‌ها، بر مبنای مقیاس تولید و قیمت آن، موجب شده است تا قیمت فروش گرافن به کمتر از 100 دلار به ازای هر کیلوگرم برسد. هر چند هنوز هم تفاوت‌های قابل‌توجهی بین روش‌های تولید و هزینه تمام‌شده هر یک از آن‌ها وجود دارد، با این حال، «Exfoliation» به‌عنوان یکی از رایج‌ترین فرآیندهای تولید به شمار می‌رود. علاوه بر این، به موازات تلاش‌ها برای رفع موانع تولید، کاربران نهایی بر یافتن کاربردهای مختلف گرافن متمرکز شده و طیف وسیعی از کاربردهای مختلف و بعضاً غیر قابل تصور برای این ماده ارزشمند معرفی شده است. تمامی این موارد، موجب شده است تا درآمدهای صنعت، به شدت افزایش یابد که البته هنوز هم نمی‌توان گفت که صنعت به بلوغ کامل رسیده است. با توجه به موانع و چالش‌های پیش رو، به نظر می‌رسد که تا تجاری‌سازی کامل گرافن، راهی دراز در پیش رو است.

گفتنی است، کارشناسان، دو گام دیگر را برای توسعه و تجاری‌سازی کامل گرافن در آینده متصور هستند که به «افزایش تقاضا در کوتاه‌مدت و افزایش درآمد و ظرفیت تولید شرکت‌ها» و «تسریع در روند رو به رشد درآمدزایی از سال‌های 2021 تا 2022 میلادی به بعد» اشاره دارد. افزایش تقاضا در سال‌های آتی، موجب می‌شود تا شرکت‌های فناور بتوانند درآمد و ظرفیت تولید خود را افزایش داده و به تبع آن، تأمین‌کنندگان نیز قیمت‌ها را کاهش خواهند داد. در کوتاه‌مدت، ایجاد نوعی یکپارچگی در قیمت گرافن، محتمل نخواهد بود که با توجه به تفاوت در کیفیت محصولات قابل ارائه، کاملاً طبیعی است. سال‌های پیش رو را می‌توان فاز تثبیت فناوری دانست که با ورود تعداد بسیار زیادی از تولیدکنندگان کوچک‌تر و ظهور تعداد معدودی از رهبران بازار (با استفاده از مزیت تولید به مقیاس)، همراه خواهد بود. روند فوق، موجب می‌گردد تا دسترسی به گرافن مقرون‌به‌صرفه، تسهیل شده و اولین نشانه‌های سودآوری در صنعت نمایان گردد. بدیهی است که در ادامه این روند، قابلیت‌های فناورانه ارتقاء یافته و با توسعه دانش عرضه‌کنندگان و تجمیع آن با کاربر نهایی، افزایش حجم بازار و رشد چشمگیر درآمدها رخ خواهد داد.