“Grafenle çalışan ürünlere 2023 itibarıyla ulaşacağız”

13 Ocak 2017 Dergi: Ocak-Şubat 2017

“Grafenin birçok üstün özelliği var. Özellikle yüksek iletkenliği, yüzey alanının geniş olması ve yapısında elektron hareketinin hızlı olması nedeniyle enerji uygulamaları için son derece umut veren bir malzeme. Aslında grafenin icat edildiği yıl 2004. Aradan geçen 6 yılın ardından 2010’da, grafeni keşfeden iki bilim adamı (Andre Geim ve Konstantin Novoselov) Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldüler. Bu tarihten sonra da grafenin sadece yapısal özelliklerine değil, uygulamaları konusuna yoğunlaşılmaya başlandı” diyerek girizgâhı yapan Doç. Dr. Selmiye Alkan Gürsel, Sabancı Üniversitesi olarak içinde yer aldıkları bir Avrupa Birliği (AB) projesi olan Grafen Amiral Gemisi’nin 2023’te nihayetleneceğini ve hedefin “grafenle çalışan günlük araç gereçlerin yapılması” olduğunu söylüyor.

Yeni Enerji: Grafen ve enerji ikilisinin yanyana getirdiğimizde ortaya nasıl bir sonuç çıkıyor? 

Selmiye Alkan Gürsel: Enerjide nerelerde grafen kullanılıyor derseniz şöyle açıklayabilirim: Hem enerji çevrim cihazlarında (yakıt pili, güneş paneli ya da fotovoltaik gereçler) hem de enerji depolama sistemlerinde (bataryalar ya da süper kapasitörler) umut vaat edici olarak görülüyor.  Bunların hepsinde şu an grafen kullanılıyor; ancak birçoğu henüz araştırma aşamasında. Benim de içinde yer aldığım AB projesindeki (Grafen Amiral Gemisi) genel vizyon, 2023 yılından sonra artık marketlerde dahi bulunabilecek pek çok günlük hayat uygulamasında grafenle çalışan enerji gereçlerini yapmak. Biz hem yakıt pillerinde hem de bataryalarda grafeni kullanıyoruz. Yüksek iletkenliğinin olması pek çok avantaj sağlıyor. Normalde yakıt pillerinde biz temel elektrot malzemesi olarak karbon siyahını kullanırız. Bataryalarda da grafit ya da süper karbon denilen bir malzeme var. Grafen, bunların yerine kullanılabilecek bir elektrot malzemesi. Bu anlamda da Avrupa’da da, dünyada da pek çok öncül çalışma var. Biz de büyük bir AB projesi içerisinde yer alıyoruz. Bu projede, grafenin enerji uygulamaları çok önemli bir iş paketi. Hedefimiz, 2023 yılında otomotiv uygulamalarında ya da mobil uygulamalarda grafenle çalışan enerji kaynakları üretmek.
Grafen sayesinde tepkimelerin daha hızlı gerçekleşebileceğini söyleyebiliriz. Sadece yakıt pili özelinde bakarsak, grafen, yakıt pilinin pahalı bir bileşeni olan ve katalizör olarak kulanılan platini daha az kullanmamızı sağlıyor ve böylece maliyetten önemli ölçüde kazanabiliriz. Aynı zamanda, şimdiye kadar yapılan deneylerin de ortaya koyduğu üzere, birkaç kat daha iyi performans elde ediliyor. Bu tür gereçlerde pillerde kapasiteye, yakıt pillerinde ise performansa bakılır. Grafen, hem kapasite hem de performans açısından şu an var olan sistemlere göre daha iyi çalışıyor. Bu anlamda maliyet ve genel performanstan kazanılacak diyebilirim.

YE: Sabancı Üniversitesi’nin Türkiye’den tek temsilci olarak yer aldığı bir AB projesi olan Grafen Amiral Gemisi projesinin ilk fazı bitti. Bu projenin geleceği nasıl şekillenecek?

SAG: Grafen Amiral Gemisi’nde ilk faz bitti. 30 ay süren ilk faz, 2013’te başladı ve 2016’nın Mart ayıyla birlikte nihayetlendi. İlk fazda projede yer alan 125’ten fazla grup vardı; zaman içerisinde yeniden katılımlarla birlikte grup sayısı 150’ye çıktı. Dediğim gibi 2016 Mart’ının sonunda ilk fazı başarıyla bitirdik. Başarılı olanlar ikinci faza geçtiler ki burada otomatik bir geçiş söz konusu değil. Daha da gelişmiş sistemler geliştireceğinizi öneriyorsunuz. Bu anlamda Sabancı Üniversitesi projenin en başından bu yana yer alan ana partnerlerden biri ve bunu başaran Türkiye’deki tek oluşum.

YE: Süreç nasıl ilerledi?

SAG: Başlangıcı şu şekilde oldu: Ben, yakıt pilleri konusunda İsviçre’de 2003’den 2007’nin sonuna kadar çalışmalar yaptım. 2008’de Türkiye’ye döndüm ve Sabancı Üniversitesi’nde yine yakıt pilleri üzerine çalışmaya başladım. 2012’de büyük bir AB projesi oluşturulmaya başlanmış, taslaklar ortaya çıkarılmış. Bana projenin koordinatöründen teklif içerikli bir mail geldi. Mailde, büyük bir proje teklifi hazırlandığı söyleniyor ve benim yakıt pili konusuna katkı sağlayıp sağlamayacağım soruluyordu. Ben de kabul ettim ve yakıt pili kısmı ile ilgili önerilerde bulundum. Bu önerileri geliştirdik. O dönem aslında sadece grafen değil, 6 adet büyük AB projesi yazılmıştı. 2012’nin sonunda bu projelerden sadece iki tanesi, iki büyük amiral gemisi projesi (flagship) olarak seçildi. Bunlardan bir tanesi “grafen”, diğeri ise “insan beyni” projesi. Proje 2013’ün Ekim ayında başladı, 2016’nın Mart ayında da başarıyla tamamlandı. 2016’nın Haziran’ında ilk fazın genel değerlendirilmesi yapıldı. Ben de yakıt pilleri kısmından sorumlu liderim. O toplantıda, yaptığımız çalışmaları hakemler önünde ve AB Komisyonu üyelerinin önünde savunduk. Başarılı bulundu. İkinci faz Nisan 2016’da başladı ve devam ediyor. Ancak bu bölüm çok hızlı; 2018’de bitecek. İkinci fazdan sonra da 2018-2020 yılları arasında sürecek olan üçüncü faz gelecek. Son faz ise 2020-2023‘da olacak. 2023, projenin bitiş tarihi. 2023 için hedef grafenle çalışan ürünleri ve araç-gereçleri günlük yaşamda insanların kullanıma sunmak.

YE: İkinci fazda siz neye yoğunlaşacaksınız?

SAG: Konu hiçbir şekilde değişmiyor; sadece hedefler yükseliyor. Yakıt pilinde hedefler şöyle: İlk fazda, belirli bir miktarda platinle çalışan yakıt pilleri inşa etmek hedefti. İkinci fazda, platin miktarını düşürmek ve dolayısıyla maliyeti aşağıya çekmek ama performans açısından daha iyi sonuçlar elde etmek hedef. Üçüncü fazda ise hedef ürün göstermek olacak. Biz elektrotları yaptık, çalıştığını gösterdik ama bunu gerçek bir cihaz içinde de kullanmalıyız. Üçüncü fazın temel hedefi bu. Hatta bugünlerde biz üçüncü fazın çalışmalarını yapmaya da başladık. Neler önerelim, nasıl yapalım gibi sorulara yanıtlar aramaya başladık. Burada da önemli olan şu: Ben, bir bilim insanıyım. Laboratuvar skalasında önemli çalışmalar yapıyorum ama firmalarla işbirliği içinde bu çalışmalarıürüne dönüştürmem gerekiyor.

YE: O firma ya da firmaları bulabildiniz mi?

SAG: Maalesef Türkiye’de çok istekli bir firma henüz göremedim. Çünkü bu projede öncelik, çok büyük paralar almak değil. Öncelik şu: sizin bir firma olarak hâli hazırda bir tecrübeniz var, bir kapasitesiniz var ve bunlarla böyle büyük bir oluşum içerisinde yer alarak önemli bir prestij kazanırsınız. Firmalara çok büyük bütçeler verilemiyor. O yüzden Türkiye’deki firmalar çok da sıcak bakmıyor. Bazı firmalarla görüşme hâlindeyim, teklif sunacağım. Bunun dışında Avrupa’da 3-4 firma var. Bu firmalar da zaten Grafen Amiral Gemisi’nin içindeki firmalar; daha önceden gösterdikleri ürünler var. Onlarla da işbirliği görüşmeleri yapılmıyor.

YE: Sabancı Üniversitesi’nde kaç kişilik bir ekiple çalışıyorsunuz? Çalışmalar nasıl gidiyor?

SAG: Sabancı Üniversitesi’nden benim lideri olduğum grupta; 2 tane doktora sonrası araştırmacı, 5 tane de doktora öğrencisi var. Toplamda 8 kişi bu işlemi sürdürüyoruz. Biz Sabancı Üniversitesi olarak Avrupa ile yarışır işler yapmak adına yoğun mesai harcıyoruz. Bugüne kadar benim bakış açım; akademik anlamda güzel işler yapmak, literatüre katkı sağlamak ve daha da geliştirmekti. Özellikle Grafen projesi için çalışmalarımızı ürüne dönüştürmek gerekiyor. Şimdi ben bu alana kanalize olmuş durumdayım. Şu an elimizde olan 25 cm2 olan elektrotu yapmak ve tekli hücreler hazırlamak  2 yılımızı aldı. Ancak bundan sonra yapmamız gereken, çoklu hücreler hazırlayıp, bunu çalışan bir cihaza entegre etmek ya da hibrit araçlarda da bir arada kullanılan yakıt pili ve bataryanın bir parçası haline getirmek. Bir veya birkaç firma ile iş birliği içerisinde hareket etmek. Benim bundan sonraki hedefim bu. Tabi ne kadar başarılı oluruz bunu zaman gösterecek.
YE: Güneş panelleri ve fotovoltaik konusuna dönmek isteriz. Bu konuyu biraz daha açar mısınız?

SAG: Aslında güneş panelleri ve fotovoltaik benim uzmanlık alanım değil. Ancak Grafen Amiral Gemisi içerisinde onunla ilgili çalışan 15-20 kişilik büyük bir ekip var. Onların sonuçlarından grafenin bu konuda da işe yaradığını gözlemliyorum. Güneş panellerindeki temel sorun verimlilik sorunu. Var olan sistemlerle yüzde 10’un üzerine çıkılamadığı söyleniyor. Ancak bunun üzerine grafen kullanılarak çıkılabildiği gösterildi. Tabi bunlar ürüne dönüştürülecek, büyük skalalarda üretilecek gibi konular da ayrı bir uzmanlık gerektiriyor. Yakıt pilleri ya da bataryalarda da grafen çok etkili. Platin, yakıt pilinin olmazsa olmazı. Tepkimeleri hızlandırmak için platini katalizör olarak kullanıyoruz. Grafen kullandığınızda ise tepkimeleri daha hızlı gerçekleşiyor. O yüzden minimum miktarda platinle çalışabiliyoruz gibi görünüyor. Bu da maliyeti düşürüyor. Performans açısından grafen ve türevlerinin  iyi olduğunu zaten gösterdik.

YE: Alüminyum ilk bulunduğunda çok pahalı bir maddeydi. Fakat yapılan çalışmalar neticesinde öyle bir duruma gelindi ki şu an hemen hemen herkesin ulaşabileceği bir ücret seviyesinde. Grafende de benzer bir hikâye mi olacak?

SAG: İlk başlarda grafen gerçekten çok pahalıydı. Grafeni üretmenin farklı yolları var; kimyasal yollar var, mekanik yöntemler ver. Şu anda Türkiye’de de grafen üreten firmalar var. Avrupa’ya bakınca bir dünya firma olduğunu görüyoruz. Keza Amerika’da da öyle. Bunlar günlük ton kapasitede grafen üretebiliyorlar artık. Eskiden bu bir hayaldi. Örneğin, biz de laboratuvarımızda grafen üretiyoruz ama haftalık üretim miktarımız 5 gramı geçemiyor. Ama firmalar günde 1 ton üretim rakamına ulaşabiliyorlar. Bu yüzden maliyet giderek düşürüyor.. Teknoloji geliştikçe maliyet düşecek ve grafenin pahalı olması gibi bir durum ortadan kalkacak. Aslında maliyet konusu bir sorun olmaktan şimdilerde dahi çıktı. Ana soru şu an şu: “Grafeni nasıl uygulayacağız?”. Grafen, pek tabi kolay bir madde değil. Örneğin karbon siyahı çok harcıâlem bir maddedir. Grafit ya da kömür de öyle. Grafiti grafen formuna dönüştürüp işlemek ve sonrasında kullanmak çok kolay değil. Şu anda bu teknolojileri geliştirmeye çalışıyoruz. Grafenin ana kaynağı grafit. Kömürü alıp güçlü asitlerle işleme tabi tutuyorsunuz. Bunu bir laboratuvarda da yapabilirsiniz ve üretmek 1 haftanızı alır. Grafen çok etkin bir madde. Bazen mikrogram seviyelerinde kullanıyoruz. Hiçbir uygulama için kilolarca grafen kullanılmıyor. Ne zaman bir arabaya yakıt pili yığını (çoklu hücreleri) yapacaksın işte o zaman 1 kilo grafen kullanabilirsin. Ama şu anki ihtiyaç o kadar değil.


Projenin 2023 için ana vizyonu, grafenin 3 ana alanda mutlaka kullanılabilir olması. Bilgi ve iletişim teknolojilerinde, enerji depolama ve çevriminde ve bir de sağlık uygulamalarında mutlaka grafen kullanılacak. Yakıt pilleri ve fotovoltaikler enerji dönüşümüne giriyor; depolamada ise bataryalar ön olana çıkıyor. Grafen esaslı kompozitler kullanılabiliyor olacak.

YE: Bilindik hangi firmalar bu projenin içinde?

SAG: Mesela Airbus var. Airbus şu an geliştirdiği uçaklarda grafen kullanmaya yönelik projenin bir alt projesi olarak devam ediyor. Bunun gibi pek çok firma var. Nokia var mesela. Fakat Nokia telefon ya da iletişim cihazlarında değil, özellikle bataryalarda bir kıyaslama yapmak şeklinde yer alıyor. Tüm elektronik cihazlarda Nokia adı görülecek. İlginç bir alana giriyor. Bunlar dışında çok bilindik firmalardan Philips var.
Ülke bazında bakarsak; Avusturya, Belçika, Danimarka, Finlandiya (Nokia), Yunanistan, İrlanda, Polonya, Portekiz var. Fransa çok etkin. Almanya’dan Alcatel var. İtalya tüm AB projelerinde olduğu gibi bu projede de çok etkin. İspanya çok etkili, Airbus var. İsveç ise projenin koordinatörü. İsviçre de projenin içinde. Hollanda’dan Philips var. Türkiye’den Sabancı Üniversitesi olarak projenin başından bu yana biz varız. İngiltere, grafenin keşfedildiği yer olduğu için bu projede özeli bir yeri var. Bu arada grafen ile Nobel ödülü almış iki bilim adamı da bu projenin danışma kurulunda.

YE: Türkiye’deki şirketlerin bakış açısı nasıl oluyor?

SAG: Bu firmaların ana görevi kaynak sağlamak değil, ürüne dönüştürmek. Bu firmalar hâli hazırda belirli bir alanda belirli bir yetkinliği olan firmalar. Sorumlulukları da kendi sektörlerinde çoğaltma sağlayarak prototip üretmek; Grafen Amiral Gemisi’ne kaynak sağlamak değil. Tam tersine onlar da bu projeden yararlanıyorlar. Ben, Türkiye’de bazı firmayla bunu konuştum. Birlikte çalışma önerisinde bulundum ama maalesef kimseyi bulamadım.
Bir AB projesi denilince sanılıyor ki işin içinde çok büyük paralar var ve bu paralardan faydalanılacak. Bu araştırmacılar için de öyle. Çok büyük mali destekler yok.. Bu projede partner çok olduğu için verilen paylar çok yüksek değil. Fakat gelin görün ki çok prestijli. Çok büyük bir networkun içinde oluyorsunuz, dünya liderleriyle bir arada oluyorsunuz.

YE: İnsanları adapte etme noktasında tanıtım amaçlı faaliyetler 2020 ve sonrasında mı olacak?

SAG: Aslında şu anda da başladı ama çok da ortalığı ayağa kaldırmak gibi bir durum istenmiyor. Belki bu anlamda patlama 2020’de olacak. Çünkü ürün asıl 2020’de ortaya çıkacak. Şimdi de ben Grafen Amiral Gemisi toplantılarına gittiğimde “grafenle çalışan şunu yaptık, bunu yaptık” denilen prototipler var. Ancak 2-3 yıl daha bunun olgunlaşması beklenecek. Örneğin yakıt pili ve bataryalarda yeni bir teknolojiyi adapte etmek, özellikle güvenlik açısından uygun olduğunu ispatlamak yıllar alıyor. Siz laboratuvarda çok güzel bir ürün üretebilirsiniz, performansı çok iyidir, maliyeti düşüktür, firma bunu ticarileştirir ama güvenlik açısından ne kadar kullanışlı olduğu belirsizlik taşır. Örneğin son dönemlerde karşımıza çıkan Samsung Galaxy Note 7 olayı gibi. Artık uçağa bindiğinizde bile “açmayın, kullanmayın” deniliyor.  Bu olaydan sonra insanlar daha da temkinli davranmaya başladı. Geliştirdiğiniz teknoloji ne kadar güvenli sorusu çok önemli. Bu nedenle insanlar geliştirdikleri teknoloji ne kadar iyi olursa olsun ortalığı hemen ayağa kaldırmak istemiyorlar. Dediğim gibi, grafenle alakalı belki 2020’den sonra “bunlar yapıldı, şunlar geliştirildi” gibi cümleleri çok sık duyar olacağız, ürünlerle çok sık karşılaşacağız. Ancak yine dediğim gibi bunun için birkaç yılımız daha var.

YE: Son olarak şunu soralım: 2023’den sonra nasıl bir dünya olacak?

SAG: 2023 ile birlikte grafen pek çok alanda kullanıma girecek diye düşünüyorum. Sadece bataryalarda ya da yakıt pillerinde değil, günlük uygulamalarda da grafenle çalışan araçlar, gereçler göreceğiz ve kullanacağız.