Grafeenin yksi hienous on se, että sen raaka-ainetta hiiltä on melkein kaikessa. Jari Kinaretin mielestä tästä on innostuttu liikaa. – Olen kuullut, että belgialaisesta suklaasta olisi tehty grafeenia. Parempiakin käyttökohteita suklaalle varmasti on. Kuva: Teemu Kuusimurto
Grafeenin yksi hienous on se, että sen raaka-ainetta hiiltä on melkein kaikessa. Jari Kinaretin mielestä tästä on innostuttu liikaa. – Olen kuullut, että belgialaisesta suklaasta olisi tehty grafeenia. Parempiakin käyttökohteita suklaalle varmasti on. Kuva: Teemu Kuusimurto

Grafeeni ei ole niin ihmeellinen aine kuin kuvitellaan, väittää fyysikko Jari Kinaret – hankittuaan grafeenitutkimukselle EU:n historian suurimman apurahan.

Jari Kinaret on mies, joka ylipuhui Euroopan unionin rahoittamaan grafeenin tutkimusta miljardilla eurolla. Hänen voisi kuvitella hehkuttavan hanketta, mutta Kinaret onkin silminnähden kiusaantunut hypetyksestä, jota hänen tutkimuskohteensa ja hankkeensa ovat saaneet osakseen.

– Karmein otsikko, jonka olen nähnyt, on, että grafeeni korvaa teräksen. Voin melko vankat takuut antaa, että kukaan tutkija ei ole koskaan ainakaan selvin päin tällaista mennyt sanomaan, Kinaret virnistää.

Hän kavahtaa myös väitettä, että grafeeni korvaa piin tietokoneissa. Vaikka grafeenista voisikin tehdä nopeampia transistoreja kuin piistä, piin asema luultavasti säilyy, sillä tietokonevalmistajat ovat sijoittaneet piiteknologiaan valtavia summia.

Kinaretin mukaan koko grafeenitutkimuksen suurimpiin riskeihin kuuluvat itse asiassa lehtikirjoitukset, joissa otsikon huomioarvo on tärkeämpi kuin sen todenperäisyys. Hän pelkää, että aikanaan hankkeen saavutuksia verrataan ylimitoitettuihin odotuksiin.

Löytyi teipillä leikkiessä

2000-luvun muoviksikin tituleerattu grafeeni löydettiin vajaa vuosikymmen sitten. Fyysikot Konstantin Novoselov ja And­re Geim leikittelivät teipillä ja grafiittipalalla ja onnistuivat luomaan vain molekyylin paksuisen hiilikalvon. Tutkijat löysivät tästä kaksiulotteisesta materiaalista ennätyksellisiä ominaisuuksia: se johtaa sähköä sata kertaa paremmin kuin pii ja on 200 kertaa vahvempaa kuin teräs. Samalla se on läpinäkyvää ja taipuisaa.

Löydön aikaan fysiikan tohtori Jari Kinaret työskenteli tutkimusryhmineen Göteborgissa Chalmersin teknillisessä korkeakoulussa mikroskooppisten hiilina­noputkien parissa. Ryhmä oli löytänyt hiilinanoputkista monta hyödyllistä ominaisuutta, mutta myös ongelmia, jotka vaikeuttivat materiaalin käyttöä. Kinaret alkoi pohtia, voisiko grafeenilla olla samat hyödyt kuin hiilinanoputkilla mutta ilman niiden heikkouksia.

Tämän vuoden alussa ihmeaine vei miehen mukanaan kalleimpaan tutkimushankkeeseen, jota EU on koskaan rahoittanut. Tai oikeammin sanottuna grafeeni ei vienyt Kinaretia hankkeeseen, vaan Kinaret grafeenin.

Hän töytäisi pallon liikkeelle keväällä 2010, kun EU:n komissio oli päättänyt laskea vesille ensimmäiset tulevaisuuden teknologiaan keskittyvät lippulaivahankkeensa. Aiempien EU-projektiensa ansiosta Kinaret oli kutsuttu Brysseliin kokouk­seen, jossa oli määrä käsitellä saapuneita hakemuksia. Hän luki hakemukset läpi mutta ei ollut tyytyväinen ehdotettuihin aiheisiin. Kokouksessa hän sitten esitti, että lippulaivahankkeessa voitaisiin kehittää grafeeniin perustuvaa teknologiaa.

– Sain muistaakseni kolme minuuttia aikaa esittää asiani, ja siitä se lähti.

Tällä tavalla Kinaret sai koko hankkeen johdettavakseen, vaikka ei omien sanojensa mukaan siihen pyrkinytkään.

– Yleensä byrokraattiset velvollisuudet jäävät sille, joka saa pallon pyörimään, hän muotoilee. – Tietysti se, joka ajatuksen ensimmäisenä esittää, on suuressa määrin kiinnostunut siitä, ja hänellä on motivaatiota asian ajamiseen.

Hanke eteni kilpailussa viiden muun aiheen kanssa pilottivaiheeseen, jossa toiseksi lippulaivaksi valikoitui lopulta grafeeni, toiseksi aivojen mallintaminen. Koska tämän mittaluokan hankkeista ei ole aiempaa kokemusta edes EU:n komissiolla, syntyi etenkin alkuvaiheessa sähellystä ja turhaa työtä, kun pelisäännöt muuttuivat sitä mukaa kuin hanke eteni.

– Tämä on siinä mielessä tutkimusmatkailua. Kaikkien kuuden pilottiprojektin koordinaattorit saivat lahjaksi kompassin. Kompassi saatiin, mutta ei karttaa.

Valitse taistelusi

Kinaretin tehtävänä on nyt edistää euroop­palaista grafeenitutkimusta ja tulos­ten hyödyntämistä yrityksissä, kuten hank­keeseen mukaan lähteneissä Airbusissa ja Nokiassa. EU-rahoituksen turvin grafeenista voi kehittää taivuteltavia kosketusnäyttöjä, silmän verkkokalvon proteeseja, unelmankevyitä autoja, ennennäkemättömän nopeita tietokoneita ja vaikka mitä.

Tai ei nyt sentään. Summa jaetaan kymmenen vuoden ajalle ja usealle tutkimusryhmälle. Mukaan hakeneista 600 tutkimusryhmästä vain joka kuudes pääsi hankkeeseen.

Jotta rajaukset olisivat järkeviä, Kinaret keräsi jo suunnitteluvaiheessa joukon asian­tuntijoita kartoittamaan, mikä on grafeenin ja muiden kaksiulotteisten materiaalien tutkimuksen tila. Tämän perusteella tehtiin valintoja.

Kinaret kumppaneineen huomasi, että joillakin osa-alueilla eurooppalaiset olivat jo jälkijunassa. Yksi näistä oli näyttöteknologia.

– Jos menet johonkin elektroniikkaliikkeeseen  ja ostat television, niin melkein sadan prosentin todennäköisyydellä sen näyttö on tehty Koreassa. Meidän ei kannata alkaa kilpailla näyttöteknologiassa, sillä se on korealaisille strategisesti niin tärkeä alue, että siellä siihen kannattaa investoida hirvittävän paljon.

Näyttöjen lisäksi Kinaret ja kumppanit rajasivat EU-hankkeen ulkopuolelle muun muassa pinnoitteet ja lääketieteen sovellukset.

Toisaalta he havaitsivat tutkimusalueita, joilla eurooppalaisilla on saumaa. Niitä ovat muun muassa energia, painettava elektroniikka ja nanokomposiitit eli yhdistelmämateriaalit, jotka sisältävät nano­kokoisia grafeenihiutaleita muiden aineiden seassa.

Euroopan yhteinen projekti on Kinaretin mukaan ainoa mahdollisuutemme kilpailussa Yhdysvaltojen ja Aasian kanssa. Meillä yliopistot ja teollisuus eivät toimi yhtä hyvässä yhteistyössä kuin kilpailijoilla, ja teollisuutemme on myös segmentoituneempaa. Yhdet yritykset ovat keskittyneet vaikkapa materiaaleihin, toiset komponenttien eli osien valmistamiseen ja kolmannet osien kokoamiseen laitteiksi.

– Tästä on sellainen seuraus, että jos olet esimerkiksi komponenttivalmistaja ja mietit, pitäisikö alkaa kehittää grafeenipohjaisia komponentteja, et uskalla ottaa riskiä, ennen kuin tiedät, että on materiaalitoimittajat, joilta saa oikeaa materiaalia, laatua, hintaa ja määrää, Kinaret havainnollistaa.

Aasiassa taas toimii Samsungin kaltaisia suuryrityksiä, joilla on hallussaan koko tämä ketju. Sellaisessa ympäristössä uuden tekniikan käyttöönotto käy liukkaammin. Tätä etumatkaa EU-rahalla yritetään kuroa umpeen.

Grafeeni ei korvaa kaikkea

Kinaret on melko varma, että hanke tulee tuottamaan myös pettymyksiä. Kaikki, mitä tähän mennessä on luvattu, ei todennäköisesti toteudu.

– Toisaalta, jos toimittaisimme kaiken, mitä lupaamme, niin se olisi epäonnistumisen merkki sekin. Se olisi merkki siitä, että emme ole olleet tarpeeksi kunnianhimoisia. Kaikkeen tutkimustyöhön liittyy  oleellisena osana riski.

Saattaa esimerkiksi käydä niin, että sovellus, johon nyt suunnitellaan grafeenia, toimiikin paremmin jollain muulla aineella. Kinaret kuitenkin uskoo, että useimmat lupaukset vielä täyttyvät. Realistiset eurooppalaiset grafeenituotteet voisivat olla esimerkiksi 3D-tulostettavaa elektroniikkaa, aurinkokennoja tai kevyitä lentokoneita, jotka kuluttavat nykyisiä vähemmän polttoainetta ja ympäristöä.

Parin vuoden sisällä näitä tuskin nähdään, sillä uuden teknologian kehittäminen vie yleensä 10–15 vuotta. Tänä vuonna kauppoihin saatiin kuitenkin jo eurooppalaisen Headin tennismailoja, jotka on tehty grafeenihiutaleita sisältävästä komposiitti- eli seosmateriaalista. Tammikuussa tennistähti Novak Djokovic voitti grafeenimailalla Australian Openin.

Kinaret on varma, ettei merkittävimpiä käyttökohteita vielä edes tiedetä. Hän siteeraa fysiikan nobelistia Herbert Krömeriä, jonka mukaan innovatiivisen teknologian tärkein sovellus on sellainen, jonka vain tämä teknologia mahdollistaa.

– Kun laser joskus 50 vuotta sitten keksittiin, kukaan ei varmasti voinut ennustaa, että sen tärkein sovellus on internet, jossa sitä käytetään tiedonsiirtoon. Tai dvd- tai cd-soitin, jossa vanha levysoittimen neula on korvattu lasersäteellä.

Vaihtelu viisastaa

74 yliopistoa ja 17 EU-maata yhdistävä hanke sopii ihmiselle, joka on asunut jo noin puolet elämästään ulkomailla. Ennen maailmalle lähtöään Kinaret suoritti Oulun yliopistossa kaksi maisterintutkintoa, ensimmäisen teoreettisesta fysiikasta ja toisen sähkötekniikasta. Sitten hän muutti Yhdysvaltoihin jatkamaan opintojaan Massachusettsin teknisessä yliopistossa MIT:ssä.

MIT on useissa vertailuissa valittu Yhdysvaltain ja koko maailman parhaimpien opinahjojen joukkoon. Yliopistoon kytkeytyvien henkilöiden joukosta löytyy 78 nobelistia, joista huomattavan moni on opiskellut tai työskennellyt juuri fysiikan laitoksessa.

Sieltä Kinaret väitteli tohtoriksi ja löysi vaimon, jonka kanssa hän muutti Kööpenhaminaan.

Kun Kinaret sai paikan Chalmersista 1995, hän otti askeleen lähemmäs lähtöruutua ja siirtyi Ruotsiin.

Maiseman vaihtaminen kuuluu huippututkijan uraan. Yhdysvalloissa tutkijan on lähes mahdotonta saada ensimmäistä vakituista virkaansa samasta yliopistosta, josta hän on väitellyt.

– Se on sinänsä hyvä, sillä olitpa kuinka hyvässä paikassa tahansa tekemässä tutkimusta, niin melkeinpä aina on hyväksi nähdä muitakin tapoja.

Kinaretin mukaan tässä piilee yksi Suomen ja muiden pienten maiden heikkous: jos haluaa tehdä tutkimusta tietyllä alalla mutta ei ole valmis muuttamaan maasta, vaihtoehtoja jää vähän. Pelkkä ulkomaille muuttaminen ei sitä paitsi riitä. Haastatteluviikolla Kinaret työskenteli viidessä eri maassa.

Vaatimattomasti Suomesta

Suomessa Kinaret piipahtaa lähinnä vaihtaessaan konetta Helsinki-Vantaalla, mutta hän pitää itseään yhä suomalaisena.  Kinaretin suomalaisuus pantiin merkille tammikuussa myös Suomessa, kun tieto EU:n lippulaivahankkeesta ja sen vetäjästä levisi tiedotusvälineissä. Professori havaitsi, että hanke henkilöidään Suomessa häneen. Ruotsissa taas korostetaan ruotsalaista yliopistoa koordinoijana.

– Tätä projektia ei saa liiallisesti henkilöidä minuun. Olemme jakaneet teknisen ja tieteellisen työn nyt kahteentoista työpakettiin, joista jokaisella on oma johtajansa ja apulaisensa, Kinaret korostaa.

Toden totta mies on säilyttänyt suomalaisuutensa, ainakin sen ytimeen kuuluvan vähättelyn taidon. Ja samalla todistanut, ettei se estä menestymästä kovassa kansainvälisessä kilpailussa.

Johanna Junttila on vapaa tiedetoimittaja ja Tiede-lehden vakituinen avustaja.

 Julkaistu Tiede-lehdessä 10/2013

Jari Kinaret

Ikä: 51.

Syntynyt: Kokkolassa, kirjoitti ylioppilaaksi 1980 Oulussa.

Perusopinnot: sähkötekniikkaa ja teoreettista fysiikkaa Oulun yliopistossa.

Väitellyt: pienistä elektronisista komponenteista suurissa magneettikentissä MIT:ssä Cambridgessa.

Työ: professorina Chalmersin teknillisessä korkeakoulussa, EU:n grafeenilippulaivahankkeen vetäjä.

Tutkimusala: nanoluokan sähköiset ja mekaaniset ilmiöt, hiilinanoputket ja grafeeni.

Perhe: vaimo sekä 11- ja 15-vuotiaat tyttäret.

Harrastukset: juokseminen, puolimaraton.