Et la vaste catégorie des matériaux à base de graphène recherche encore une application à grande échelle, mais ce jour viendra à mesure que l'engagement industriel continuera de croître.
Dans cet article, IDTechEx vous présente les dernières actualités et tendances concernant les nanotubes de carbone et les matériaux liés au graphène, dans tous les domaines relatifs aux nanotubes de carbone et au graphène.
L'année 2022 a marqué un tournant pour les nanotubes de carbone. Connus depuis le début des années 1990, les nanotubes de carbone multi-parois (MWCNT) ont tardé à s'imposer commercialement, mais leur utilisation dans la cathode des batteries lithium-ion a changé la donne. IDTechEx anticipe une croissance significative, le marché total des nanotubes de carbone devant dépasser les 70 000 tonnes de demande annuelle d'ici 2032. Cette demande excède largement les capacités actuelles, annonçant ainsi une décennie d'accélération fulgurante.
L'actualité du secteur a été positive ces dernières années, et 2022 n'a pas dérogé à cette tendance. LG Chem a annoncé la construction d'une quatrième usine, dont la mise en service est prévue pour le second semestre 2024. Il s'agirait de sa plus grande usine, avec une capacité de 3 200 tonnes par an, portant la capacité totale de ses quatre usines à 6 100 tonnes par an (la troisième est en construction et devrait être opérationnelle en 2023). LG Chem a également obtenu l'approbation de l'EPA pour la coentreprise entre General Motors et LG Energy Solutions, dédiée à la production de ses piles à combustible Ultium dans le Michigan, aux États-Unis. Cependant, tout n'est pas rose pour LG Chem concernant les nanotubes de carbone : Molecular Rebar Design et Black Diamond Structures ont intenté une action en contrefaçon de brevet à son encontre.
LG Chem n'est pas la seule entreprise dans ce domaine. Cnano compte parmi les pionniers du marché, Cabot Corporation a réalisé une acquisition importante en 2020 avec le rachat de SUSN, et JEIO et Kumho ont toutes deux intensifié leurs activités.
Ce n'est pas la seule initiative de l'année. Huntsman poursuit le développement de sa première usine pilote de 30 tonnes par an au Texas, qui sera opérationnelle en 2023, avec l'objectif d'augmenter rapidement sa capacité de production par la suite. Ce projet intervient plusieurs années après l'acquisition de la technologie de Nanocomp. Toujours aux États-Unis, Chasm Advanced Materials a annoncé un accord de financement de 25 millions de dollars avec AON, basé sur la propriété intellectuelle, afin de faire progresser ses travaux sur les hybrides de nanotubes, notamment pour leurs applications dans les batteries lithium-ion et le béton.
Les nanotubes de carbone à paroi unique (SWCNT) se trouvent à un stade de développement différent de celui des nanotubes à parois multiples (multi-parois). Offrant des avantages uniques, leur adoption commerciale reste toutefois limitée en raison du nombre restreint d'acteurs, de leur prix élevé et de la complexité de leur intégration. Ils se révèlent très prometteurs pour les batteries lithium-ion à anodes en silicium, mais ne constituent pas la seule option pour cette application ; de nombreuses solutions bénéficiant d'un financement important sont sur le point d'être commercialisées. Un événement majeur de 2022, ayant impacté tous les secteurs, a été l'adoption de lois de finances aux États-Unis, notamment les lois CHIPS et Science Act. Ces lois ont clairement incité à dynamiser la R&D, et dans la perspective de la prochaine génération de semi-conducteurs, les SWCNT et autres nanocarbones pourraient jouer un rôle significatif dans l'un des secteurs clés à l'échelle mondiale.
Graphène
Un observateur non averti pourrait croire que le graphène bénéficie d'une large acceptation commerciale, contrairement à son prédécesseur, le nanotube de carbone multi-parois (MWCNT). L'actualité et les discussions autour de ce domaine restent rares, car investisseurs et entreprises demeurent optimistes quant au potentiel du marché. Il ne faut pas se laisser décourager par le fait que le marché du graphène soit loin d'être restreint à ce jour ; IDTechEx prévoit une croissance significative lors de la prochaine phase de son développement commercial, avec un marché total qui devrait dépasser le milliard de dollars d'ici 2032.
Malgré cela, l'un des événements les plus marquants a été la cessation des activités de XG Sciences mi-2022, suivie du rachat d'une part importante de ses actifs par NanoXplore. Fondée en 2006, XG Sciences était l'une des premières et des plus importantes entreprises spécialisées dans le graphène. Elle avait développé plusieurs procédés d'exfoliation permettant de produire une gamme de produits, généralement d'une épaisseur bien supérieure à la définition ISO d'une nanoplaquette de graphène (GNP). XG Sciences disposait de capacités considérables et avait annoncé plusieurs engagements commerciaux, notamment de la part de Callaway (balles de golf), Grays Hockey (crosses de hockey), Niagara Bottling (bouteilles en plastique) et, surtout, Ford.
DTechEx affirme depuis plusieurs années que le marché du graphène se consolidera à moyen et long terme. Comparé aux secteurs matures des additifs carbonés comme le noir de carbone, il ne compte que quelques acteurs majeurs ; cette nouvelle est le premier signe de l’émergence de nouveaux acteurs. Des développements similaires, quoique de moindre ampleur, se sont produits en 2022, lorsque Imagine Intelligent Materials a également cessé ses activités et que ses actifs ont été acquis par Ionic Industries.
On a également constaté des acquisitions stratégiques de la part des acteurs du graphène. Ce phénomène s'est particulièrement manifesté ces dernières années, et en 2022, AVANZARE a acquis NASIKA PRODUCTS afin de renforcer ses capacités et sa présence dans le secteur du caoutchouc. Par ailleurs, Gerdau Graphene a lancé de nouveaux mélanges-maîtres polymères enrichis au graphène. Gerdau collabore avec de nombreux fabricants de graphène et, comme d'autres producteurs de mélanges-maîtres, peut sélectionner le graphène (ou une combinaison de graphènes) le plus adapté à l'application spécifique. Les poudres de graphène constituent une catégorie très vaste, ce qui pourrait favoriser de nouveaux partenariats visant à proposer des solutions complémentaires, à l'instar de celui conclu en 2022 entre NeoGraf et First Graphene.
Le domaine du graphène et, plus largement, celui des matériaux 2D, suscite un vif intérêt académique et constitue une priorité nationale. En novembre 2022, le ministère chinois de l'Industrie et des Technologies de l'information (MIIT) a annoncé la création d'un centre national d'innovation dédié au graphène à Ningbo.
L'année 2022 a été marquée par la poursuite de la tendance émergente à utiliser des matières premières biosourcées ou issues de déchets pour produire du graphène (ou des carbones avancés, plus généralement). L'exemple le plus notable est sans doute celui de Levidian, qui utilise du méthane et un procédé micro-ondes pour produire de l'hydrogène et du graphène, et qui a obtenu un investissement de 12 millions de livres sterling de la part de Baker Hughes. Plus tôt dans l'année, Levidian a annoncé un partenariat avec Zero Carbon Ventures, une société basée à Abu Dhabi, qui s'est engagée à déployer 500 de ses systèmes LOOP. Dans le domaine des matières premières issues de la biomasse, Bio Graphene Solutions a annoncé un placement privé de 3 millions de dollars canadiens.
Le béton demeure l'un des principaux domaines où le graphène fait l'objet de discussions. On a constaté une augmentation des démonstrations et des accords de collaboration avec des entreprises telles que First Graphene & Fosroc International et Directa Plus, qui ont annoncé leurs premiers contrats importants. Black Swan Graphene, qui a acquis la licence du procédé de production de Thomas Swan, a fait son entrée à la Bourse de croissance TSX, tout en poursuivant ses projets de production de graphène à bas coût pour des applications spécifiques et au-delà.
L'une des principales applications du graphène à ce jour concerne les matériaux de gestion thermique, principalement pour l'électronique grand public en Chine. Tout au long de l'année 2022, cette tendance s'est poursuivie, notamment avec des fonctionnalités intégrées au nouveau smartphone à clapet Pocket S de Huawei. Dans le secteur de l'électronique grand public, LG Electronics a annoncé le lancement d'écouteurs dotés de la technologie du graphène, et dans le secteur de la santé, GraphWear a levé 20,5 millions de dollars pour son moniteur de glycémie à base de graphène.
Dans le secteur du stockage d'énergie, l'activité est restée soutenue. VoltaXplore (la coentreprise entre NanoXplore et Martinrea) a annoncé la mise en service de son installation de démonstration pour ses anodes en silicium. Skeleton Technologies a consolidé ses levées de fonds déjà impressionnantes en levant 37,6 millions d'euros supplémentaires, portant son total à plus de 200 millions d'euros. L'entreprise a également annoncé son projet de construction d'une nouvelle usine de supercondensateurs près de Leipzig, en Allemagne.
L'utilisation du graphène comme additif conducteur concentre la majeure partie de l'activité industrielle, mais les films et les plaquettes de graphène destinés aux applications électroniques restent un secteur très dynamique. L'annonce la plus marquante de 2022 est survenue en début d'année : Paragraf, entreprise spécialisée dans le graphène MOCVD, a levé 60 millions de dollars lors d'un tour de table de série B mené par New Science Ventures. Son premier produit est un capteur à effet Hall, mais Paragraf développe d'autres dispositifs dans le domaine de l'électronique au graphène.
