E a grande classe de materiais de grafeno ainda procura esta aplicação em grande escala, mas esse dia chegará à medida que o compromisso industrial continuar a aumentar.
Neste artigo, a IDTechEx traz as últimas notícias e tendências sobre nanotubos de carbono e materiais relacionados com o grafeno em todas as áreas de investigação e desenvolvimento.
2022 foi um ano crucial para os nanotubos de carbono. Conhecidos desde o início da década de 1990, os nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNTs) demoraram a obter uma aceitação comercial significativa, mas isso mudou com o seu papel no cátodo das baterias de iões de lítio. A IDTechEx prevê um crescimento significativo a partir dos seus modestos arranques, prevendo-se que o mercado total de CNTs ultrapasse as 70.000 toneladas de procura anual até 2032. Esta procura supera em muito a capacidade actual, inaugurando assim uma década de rápida aceleração.
As notícias do setor têm apresentado avanços nos últimos anos, e 2022 não foi exceção. A LG Chem anunciou a construção da sua quarta fábrica, com entrada em funcionamento prevista para o segundo semestre de 2024. Esta será a maior unidade da empresa, com uma capacidade de 3.200 toneladas por ano, elevando a capacidade total das suas quatro fábricas para 6.100 toneladas por ano (a terceira está em construção e deverá entrar em funcionamento em 2023). A empresa obteve também a aprovação da EPA (Agência de Proteção Ambiental dos Estados Unidos) para a joint-venture entre a General Motors e a LG Energy Solutions para a produção das suas células de combustível Ultium em Michigan, EUA. No entanto, nem tudo são boas notícias para a LG Chem em relação aos nanotubos de carbono (CNTs). A Molecular Rebar Design e a Black Diamond Structures apresentaram um processo por violação de patente contra a empresa.
A LG Chem não está sozinha neste setor. A Cnano é uma das pioneiras no mercado, a Cabot Corporation fez uma importante aquisição da SUSN em 2020, e tanto a JEIO como a Kumho aumentaram as suas atividades.
Esta não é a única atividade deste ano. A Huntsman está a avançar com a sua primeira fábrica piloto de 30 toneladas por ano no Texas, que entrará em funcionamento em 2023, com planos de expansão rápida mais tarde. Isto acontece muitos anos após a aquisição da tecnologia da Nanocomp. Também nos EUA, a Chasm Advanced Materials anunciou um acordo de financiamento de 25 milhões de dólares com a AON, baseado na propriedade intelectual, para impulsionar o seu trabalho com híbridos de nanotubos, incluindo aplicações em baterias de iões de lítio e betão.
Os nanotubos de carbono de parede simples (SWCNTs) encontram-se numa fase diferente dos seus equivalentes de paredes múltiplas, oferecendo vantagens únicas, mas com um número limitado de participantes, um custo elevado e uma integração complexa, a adoção comercial tem sido limitada. Demonstram grande potencial para utilização em baterias de iões de lítio com ânodos de silício, mas não são a única opção para esta aplicação; muitas soluções bem financiadas estão próximas do mercado. Um desenvolvimento crucial em 2022, com impacto em todos os setores, foi a aprovação de projetos de lei de despesas nos EUA, incluindo o CHIPS Act e o Science Act. Isto proporcionou incentivos claros para impulsionar a investigação e o desenvolvimento (I&D), e, à medida que olhamos para a próxima geração de semicondutores, os SWCNTs e outros nanocarbonos podem desempenhar um papel significativo num dos principais setores globais.
Grafeno
Um observador desatento poderia pensar que o grafeno é o material com ampla aceitação comercial, em vez do seu irmão mais velho, os nanotubos de carbono de paredes múltiplas (MWCNTs). As notícias e novidades sobre este campo são ainda escassas, uma vez que investidores e empresas continuam otimistas quanto ao potencial do mercado. Os leitores não devem ficar desanimados pelo facto de o mercado do grafeno ainda ser considerável, uma vez que a IDTechEx prevê um crescimento significativo à medida que entra na próxima fase da sua jornada comercial, com o mercado total estimado em mais de mil milhões de dólares até 2032.
Apesar disso, um dos desenvolvimentos mais significativos foi o encerramento das operações da XG Sciences em meados de 2022 e, posteriormente, a aquisição de uma parte significativa dos seus ativos pela NanoXplore. Fundada em 2006, a XG Sciences foi uma das primeiras e mais proeminentes empresas de grafeno. Desenvolveu vários processos de esfoliação que produziam uma gama de produtos, geralmente com uma espessura muito superior à definição ISO das nanoplaquetas de grafeno (GNP). A XG Sciences estabeleceu capacidades consideráveis e tinha vários compromissos comerciais anunciados com a Callaway (bolas de golfe), a Grays Hockey (tacos de hóquei), a Niagara Bottling (garrafas de plástico) e, principalmente, a Ford.
A DTechEx tem vindo a afirmar há muitos anos que o mercado do grafeno se irá consolidar a médio e longo prazo. Comparativamente a setores consolidados de aditivos de carbono, como o negro de fumo, existem apenas alguns grandes players; esta notícia é o primeiro sinal de que mais surgirão. Desenvolvimentos semelhantes, embora em menor escala, ocorreram em 2022, quando a Imagine Intelligent Materials também encerrou as suas operações e os seus ativos foram adquiridos pela Ionic Industries.
Houve também aquisições estratégicas por parte de empresas do setor do grafeno. Isto tem sido muito evidente nos últimos anos, e em 2022 a AVANZARE adquiriu a NASIKA PRODUCTS para expandir as suas capacidades e alcance no setor da borracha. Noutras notícias sobre compostos, a Gerdau Graphene lançou novos masterbatches de polímeros com grafeno. A Gerdau colabora com diversos fabricantes de grafeno e, tal como outros produtores de masterbatches, pode selecionar o grafeno adequado (ou uma combinação dos mesmos) para a aplicação específica. Os pós de grafeno representam uma categoria muito abrangente, o que pode levar a novas parcerias para oferecer soluções complementares, como a que foi firmada em 2022 entre a NeoGraf e a First Graphene.
O campo do grafeno e o domínio mais amplo dos materiais 2D mantêm um forte interesse académico e são também uma prioridade nacional. Em novembro de 2022, o Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação da China (MIIT) anunciou a criação de um centro nacional de inovação focado no grafeno em Ningbo.
Em 2022, verificou-se uma continuidade na tendência emergente de utilização de matérias-primas de base biológica ou derivadas de resíduos para a produção de grafeno (ou carbonos avançados, de uma forma mais geral). Talvez o desenvolvimento mais notável seja o da Levidian, que utiliza metano como matéria-prima e um processo de micro-ondas para gerar hidrogénio e grafeno, e garantiu um investimento de 12 milhões de libras da Baker Hughes. No início do ano, a Levidian anunciou uma parceria com a Zero Carbon Ventures, sediada em Abu Dhabi, que se comprometeu a implementar 500 dos seus sistemas LOOP. No domínio das matérias-primas de biomassa, a Bio Graphene Solutions anunciou uma colocação privada de 3 milhões de dólares canadianos.
O betão continua a ser uma das principais áreas em que o grafeno está a ser discutido. Houve mais demonstrações e alguns acordos de colaboração com empresas como a First Graphene & Fosroc International e a Directa Plus, que anunciaram os seus primeiros grandes contratos. A Black Swan Graphene, que licenciou o processo de produção de Thomas Swan, começou a negociar na TSX Venture Exchange, enquanto avançava simultaneamente com os seus planos para grafeno de baixo custo para aplicações específicas e não só.
Uma das principais aplicações do grafeno até à data tem sido em materiais para gestão térmica, principalmente para eletrónica de consumo na China. Ao longo de 2022, esta tendência continuou, por exemplo, com características presentes no novo smartphone dobrável Pocket S da Huawei. No setor da eletrónica de consumo, a LG Electronics anunciou o lançamento de auscultadores com tecnologia de grafeno, e no setor da saúde, a GraphWear angariou 20,5 milhões de dólares para o seu monitor de glicose baseado em grafeno.
No setor do armazenamento de energia, a atividade continuou intensa. A VoltaXplore (joint-venture entre a NanoXplore e a Martinrea) anunciou a entrada em funcionamento da sua unidade de demonstração para ânodos de silício. A Skeleton Technologies alargou o seu já impressionante volume de financiamento, captando mais 37,6 milhões de euros, totalizando mais de 200 milhões de euros. A empresa anunciou também planos para construir uma nova fábrica de supercondensadores perto de Leipzig, na Alemanha.
O papel do grafeno como aditivo condutor concentra a maior parte da atividade industrial, mas os filmes e wafers de grafeno para aplicações eletrónicas continuam a ser uma área bastante ativa. A notícia mais significativa de 2022 surgiu no início do ano: a Paragraf, especializada em grafeno depositado por MOCVD, garantiu 60 milhões de dólares de financiamento da Série B, liderado pela New Science Ventures. O primeiro produto da Paragraf é um sensor de efeito Hall, mas a empresa está a desenvolver outros na área da eletrónica de grafeno.
