Und die große Klasse der Graphenmaterialien sucht noch nach einem Anwendungsfall mit hohem Volumen, aber dieser Tag wird kommen, wenn das industrielle Engagement weiter zunimmt.
In diesem Artikel präsentiert Ihnen IDTechEx die neuesten Nachrichten und Trends zu Kohlenstoffnanoröhren und Graphen-verwandten Materialien aus allen Bereichen der Kohlenstoffnanoröhren- und Graphenforschung.
2022 war ein entscheidendes Jahr für Kohlenstoffnanoröhren. Mehrwandige Kohlenstoffnanoröhren (MWCNTs), die bereits seit den frühen 1990er-Jahren bekannt sind, konnten sich kommerziell nur langsam durchsetzen. Dies änderte sich jedoch mit ihrer Rolle in der Kathode von Lithium-Ionen-Batterien. IDTechEx prognostiziert ein signifikantes Wachstum ausgehend von den bescheidenen Anfängen: Der Gesamtmarkt für Kohlenstoffnanoröhren soll bis 2032 eine jährliche Nachfrage von über 70.000 Tonnen erreichen. Diese Nachfrage übersteigt die derzeitige Kapazität bei Weitem und leitet somit ein Jahrzehnt rasanten Wachstums ein.
Die Nachrichten aus der Branche haben sich in den letzten Jahren positiv entwickelt, und auch 2022 setzt diesen Trend fort. LG Chem hat den Bau eines vierten Werks angekündigt, das in der zweiten Jahreshälfte 2024 in Betrieb gehen soll. Mit einer Kapazität von 3.200 Tonnen pro Jahr wäre dies das größte Werk des Unternehmens und würde die Gesamtkapazität der vier Werke auf 6.100 Tonnen pro Jahr erhöhen (das dritte Werk befindet sich im Bau und soll 2023 in Betrieb gehen). Zudem hat LG Chem die Genehmigung der US-Umweltschutzbehörde (EPA) für das Joint Venture zwischen General Motors und LG Energy Solutions zur Produktion seiner Ultium-Brennstoffzellen in Michigan, USA, erhalten. Allerdings gibt es auch negative Nachrichten für LG Chem im Bereich der Kohlenstoffnanoröhren (CNTs): Molecular Rebar Design und Black Diamond Structures haben eine Patentverletzungsklage gegen das Unternehmen eingereicht.
LG Chem ist in diesem Bereich nicht allein. Cnano gehört zu den frühen Marktführern, die Cabot Corporation tätigte 2020 eine bemerkenswerte Übernahme von SUSN, und sowohl JEIO als auch Kumho haben ihre Aktivitäten verstärkt.
Dies ist nicht die einzige Aktivität in diesem Jahr. Huntsman treibt den Bau seiner ersten Pilotanlage mit einer Kapazität von 30 Tonnen pro Jahr in Texas voran, die 2023 in Betrieb gehen soll. Anschließend ist eine rasche Skalierung geplant. Dies geschieht viele Jahre nach der Übernahme der Technologie von Nanocomp. Ebenfalls in den USA gab Chasm Advanced Materials eine Finanzierungsvereinbarung über 25 Millionen US-Dollar mit AON bekannt, die auf geistigem Eigentum basiert und die Weiterentwicklung der Nanoröhren-Hybride, einschließlich Anwendungen in Lithium-Ionen-Batterien und Beton, zum Ziel hat.
Einwandige Kohlenstoffnanoröhren (SWCNTs) befinden sich in einer anderen Entwicklungsphase als ihre mehrwandigen Pendants und bieten einzigartige Vorteile. Aufgrund der geringen Anzahl an Anbietern, des hohen Preises und der schwierigen Integration konnte sich die Technologie jedoch bisher nicht durchsetzen. Sie zeigen großes Potenzial für Lithium-Ionen-Batterien mit Siliziumanoden, sind aber nicht die einzige Option für diese Anwendung; viele gut finanzierte Lösungen stehen kurz vor der Markteinführung. Eine wichtige Entwicklung im Jahr 2022, die alle Sektoren betraf, war die Verabschiedung der US-Konjunkturprogramme, darunter der CHIPS Act und der Science Act. Dies schuf klare Anreize zur Förderung von Forschung und Entwicklung, und mit Blick auf die nächste Generation von Halbleitern könnten SWCNTs und andere Nanokohlenstoffe in einem der wichtigsten globalen Sektoren eine bedeutende Rolle spielen.
Graphen
Ein unvoreingenommener Beobachter könnte meinen, Graphen sei das Material mit der breitesten kommerziellen Akzeptanz, nicht etwa sein älterer Verwandter, die MWCNTs. Neuigkeiten und Berichte zu diesem Thema sind nach wie vor rar, da Investoren und Unternehmen weiterhin optimistisch hinsichtlich des Marktpotenzials sind. Leser sollten sich nicht davon abschrecken lassen, dass der Graphenmarkt bisher alles andere als klein ist. IDTechEx prognostiziert jedoch ein signifikantes Wachstum für die nächste Phase der Kommerzialisierung, wobei der Gesamtmarkt bis 2032 voraussichtlich die Milliardengrenze überschreiten wird.
Trotzdem war eine der bedeutendsten Entwicklungen, dass XG Sciences Mitte 2022 den Betrieb einstellte und anschließend ein Großteil seiner Vermögenswerte von NanoXplore übernommen wurde. XG Sciences wurde 2006 gegründet und zählte zu den ersten und bekanntesten Graphenunternehmen. Das Unternehmen entwickelte verschiedene Exfoliationsverfahren zur Herstellung einer Reihe von Produkten, deren Dicke jedoch typischerweise weit über der ISO-Definition für Graphen-Nanoplättchen (GNP) lag. XG Sciences verfügte über beachtliche Kompetenzen und konnte mehrere kommerzielle Aufträge von Callaway (Golfbälle), Grays Hockey (Hockeyschläger), Niagara Bottling (Plastikflaschen) und insbesondere Ford vorweisen.
DTechEx prognostiziert seit Jahren eine Konsolidierung des Graphenmarktes mittel- bis langfristig. Im Vergleich zu etablierten Kohlenstoffadditiv-Sektoren wie Ruß gibt es nur wenige große Akteure; diese Nachricht ist ein erstes Anzeichen für das Auftreten weiterer. Ähnliche, wenn auch kleinere Entwicklungen gab es bereits 2022, als Imagine Intelligent Materials den Betrieb einstellte und dessen Vermögenswerte von Ionic Industries übernommen wurden.
Es gab auch strategische Übernahmen von Graphen-Unternehmen. Dies zeigte sich besonders in den letzten Jahren, und so erwarb AVANZARE 2022 NASIKA PRODUCTS, um seine Kompetenzen und Reichweite im Kautschuksektor auszubauen. Im Bereich der Compoundierung hat Gerdau Graphene neue graphenverstärkte Polymer-Masterbatches auf den Markt gebracht. Gerdau arbeitet mit zahlreichen Graphenherstellern zusammen und kann, wie andere Masterbatch-Produzenten auch, das passende Graphen (oder eine Kombination davon) für die jeweilige Anwendung auswählen. Graphenpulver bilden eine sehr breite Produktkategorie, was zu weiteren Partnerschaften führen könnte, um komplementäre Lösungen anzubieten, wie beispielsweise die Partnerschaft zwischen NeoGraf und First Graphene im Jahr 2022.
Das Gebiet des Graphens und der 2D-Materialien im Allgemeinen stößt auf großes akademisches Interesse und genießt nationale Priorität. Im November 2022 kündigte das chinesische Ministerium für Industrie und Informationstechnologie (MIIT) die Gründung eines nationalen Innovationszentrums für Graphen in Ningbo an.
2022 setzte sich der Trend fort, biobasierte oder aus Abfällen gewonnene Rohstoffe zur Herstellung von Graphen (oder allgemein fortschrittlichen Kohlenstoffen) zu nutzen. Besonders hervorzuheben ist Levidian, das mit Methan als Rohstoff und einem Mikrowellenverfahren Wasserstoff und Graphen erzeugt und eine Investition von 12 Millionen Pfund von Baker Hughes erhalten hat. Anfang des Jahres gab Levidian eine Partnerschaft mit Zero Carbon Ventures aus Abu Dhabi bekannt, die sich zur Installation von 500 LOOP-Systemen verpflichtet hat. Im Bereich der Biomasse-Rohstoffe gab Bio Graphene Solutions eine Privatplatzierung von 3 Millionen kanadischen Dollar bekannt.
Beton bleibt einer der Hauptbereiche, in denen Graphen diskutiert wird. Es gab vermehrt Demonstrationen und Kooperationsvereinbarungen mit Unternehmen wie First Graphene & Fosroc International und Directa Plus, die ihre ersten größeren Aufträge bekannt gegeben haben. Black Swan Graphene, das die Produktionsmethode von Thomas Swan lizenziert hat, ist an der TSX Venture Exchange notiert und treibt gleichzeitig seine Pläne für kostengünstiges Graphen für spezifische Anwendungen und darüber hinaus voran.
Eine der Hauptanwendungen von Graphen liegt bisher im Bereich der Wärmemanagementmaterialien, vorwiegend für Unterhaltungselektronik in China. Dieser Trend setzte sich 2022 fort, beispielsweise mit entsprechenden Funktionen im neuen Klapphandy Pocket S von Huawei. Im Bereich der Unterhaltungselektronik kündigte LG Electronics die Markteinführung von Graphen-basierten Kopfhörern an, und im Gesundheitssektor sammelte GraphWear 20,5 Millionen US-Dollar für sein auf Graphen basierendes Blutzuckermessgerät ein.
Im Energiespeichersektor herrschte weiterhin reges Treiben. VoltaXplore (das Joint Venture von NanoXplore und Martinrea) gab die Inbetriebnahme seiner Demonstrationsanlage für Siliziumanoden bekannt. Skeleton Technologies konnte seine bereits beeindruckenden Finanzierungsrunden um weitere 37,6 Millionen Euro ausbauen und verfügt nun über ein Gesamtvolumen von über 200 Millionen Euro. Das Unternehmen kündigte außerdem Pläne zum Bau eines neuen Superkondensatorenwerks in der Nähe von Leipzig an.
Die Rolle von Graphen als leitfähiges Additiv steht im Mittelpunkt der meisten industriellen Aktivitäten, doch Graphenfilme und -wafer für elektronische Anwendungen bleiben ein sehr aktives Forschungsgebiet. Die bedeutendste Nachricht des Jahres 2022 kam Anfang des Jahres: Paragraf, spezialisiert auf MOCVD-Graphen, sicherte sich 60 Millionen US-Dollar in einer von New Science Ventures angeführten Serie-B-Finanzierungsrunde. Paragrafs erstes Produkt ist ein Hall-Effekt-Sensor, das Unternehmen entwickelt aber auch weitere Produkte im Bereich der Graphenelektronik.
