И хотя большой класс графеновых материалов все еще ищет применение в массовом производстве, этот день обязательно наступит, поскольку промышленное внедрение будет продолжать расти.
В этой статье IDTechEx представляет вам последние новости и тенденции в области углеродных нанотрубок и материалов, связанных с графеном, во всех областях, касающихся углеродных нанотрубок и графена.
2022 год стал поворотным для углеродных нанотрубок. Многослойные углеродные нанотрубки (МУНТ), известные с начала 1990-х годов, медленно получали значительное коммерческое признание, но ситуация изменилась благодаря их роли в катодах литий-ионных батарей. Компания IDTechEx ожидает значительного роста с момента своего скромного начала, и прогнозируется, что общий объем рынка углеродных нанотрубок превысит 70 000 тонн в год к 2032 году. Этот спрос значительно превосходит текущие мощности, что знаменует собой десятилетие стремительного развития.
В последние годы в отрасли наблюдается прогресс, и 2022 год не изменил этой тенденции. Компания LG Chem объявила о строительстве четвертого завода, ввод которого в эксплуатацию запланирован на вторую половину 2024 года; это будет крупнейший завод компании с мощностью 3200 тонн в год, в результате чего общая мощность четырех заводов достигнет 6100 тонн в год (третий завод находится в стадии строительства и должен быть введен в эксплуатацию в 2023 году). Компания также получила одобрение EPA на создание совместного предприятия между General Motors и LG Energy Solutions по производству топливных элементов Ultium в штате Мичиган, США. Однако не все новости для LG Chem относительно углеродных нанотрубок хорошие; компании Molecular Rebar Design и Black Diamond Structures подали против них иск о нарушении патента.
LG Chem не единственная компания в этой области. Cnano — один из первых лидеров рынка, Cabot Corporation совершила значительное приобретение SUSN в 2020 году, а JEIO и Kumho расширили свою деятельность.
Это не единственная активность в этом году. Компания Huntsman продвигается вперед со строительством своего первого пилотного завода мощностью 30 тонн в год в Техасе, который начнет работу в 2023 году, с планами быстрого наращивания объемов производства после этого. Это происходит спустя много лет после приобретения технологий Nanocomp. Также в США компания Chasm Advanced Materials объявила о соглашении с AON на сумму 25 миллионов долларов, основанном на интеллектуальной собственности, для продвижения своей работы над гибридами нанотрубок, включая их применение в литий-ионных батареях и бетоне.
Одностенные углеродные нанотрубки (SWCNT) находятся на ином этапе развития, чем их многостенные аналоги, предлагая уникальные преимущества, но из-за ограниченного числа игроков, высокой цены и сложности интеграции их коммерческое внедрение пока отсутствует. Они демонстрируют большие перспективы в литий-ионных батареях для кремниевых анодов, но это не единственный вариант для этого применения; многие хорошо финансируемые решения приближаются к выходу на рынок. Ключевым событием 2022 года, повлиявшим на все сектора, стало принятие в США законопроектов о расходах, включая законы CHIPS и Science Act. Это дало явные стимулы для активизации исследований и разработок, и по мере того, как мы смотрим в будущее полупроводников, SWCNT и другие наноуглеродные материалы могут сыграть значительную роль в одном из ключевых глобальных секторов.
Графен
Неискушенный наблюдатель может подумать, что именно графен получил широкое коммерческое признание, в отличие от своего старшего брата, многостенных углеродных нанотрубок (МУНТ). Новости и ажиотаж вокруг этой области остаются скудными, поскольку инвесторы и компании сохраняют оптимизм в отношении потенциала рынка. Читателям не стоит расстраиваться из-за того, что рынок графеновых материалов на сегодняшний день отнюдь не мал, но IDTechEx прогнозирует значительный рост на следующем этапе своего коммерческого развития, и ожидается, что к 2032 году общий объем рынка превысит 1 миллиард долларов.
Несмотря на это, одним из наиболее значительных событий стало прекращение деятельности XG Sciences в середине 2022 года, после чего значительная часть её активов была приобретена компанией NanoXplore. Компания XG Sciences, основанная в 2006 году, была одной из первых и наиболее известных компаний, занимавшихся графеном. Она разработала несколько процессов расслоения, позволивших получать широкий спектр продукции, как правило, толщиной, значительно превышающей определение графеновой нанопластинки (ГНП) по стандарту ISO. XG Sciences обладала значительными производственными мощностями и заключила несколько коммерческих контрактов с Callaway (мячи для гольфа), Grays Hockey (хоккейные клюшки), Niagara Bottling (пластиковые бутылки) и, что особенно важно, с Ford.
Компания DTechEx уже много лет утверждает, что рынок графена в среднесрочной и долгосрочной перспективе будет консолидироваться. По сравнению со зрелыми секторами углеродных добавок, такими как технический углерод, здесь лишь несколько крупных игроков; эта новость — первый признак того, что их станет больше. Аналогичные, хотя и менее масштабные, события произошли в 2022 году, когда компания Imagine Intelligent Materials также прекратила свою деятельность, а ее активы были приобретены компанией Ionic Industries.
Также наблюдаются стратегические приобретения со стороны производителей графена. Это особенно заметно в последние годы, и в 2022 году компания AVANZARE приобрела NASIKA PRODUCTS, чтобы расширить свои возможности и присутствие в резиновой отрасли. В других новостях, касающихся компаундирования, компания Gerdau Graphene выпустила новые полимерные мастербатчи с добавлением графена. Gerdau сотрудничает со многими производителями графена и, как и другие производители мастербатчей, может выбрать подходящий графен (или их комбинацию) для конкретного применения. Графеновые порошки представляют собой очень широкую категорию, что может привести к дальнейшим партнерствам для предложения взаимодополняющих решений, таким как партнерство между NeoGraf и First Graphene, заключенное в 2022 году.
Область графена и более широкая сфера двумерных материалов сохраняют высокий академический интерес и являются приоритетным направлением на национальном уровне. В ноябре 2022 года Министерство промышленности и информационных технологий Китая (МИИТ) объявило о создании в Нинбо национального инновационного центра, специализирующегося на графене.
В 2022 году продолжилась набирающая популярность тенденция использования биосырья или сырья, полученного из отходов, для производства графена (или, в более общем смысле, перспективных углеродных материалов). Пожалуй, наиболее заметным событием стало появление компании Levidian, которая использует метан в качестве сырья и микроволновую обработку для получения водорода и графена и привлекла инвестиции в размере 12 миллионов фунтов стерлингов от Baker Hughes. Ранее в этом году Levidian объявила о партнерстве с базирующейся в Абу-Даби компанией Zero Carbon Ventures, которая обязалась развернуть 500 систем LOOP. В области биомассы компания Bio Graphene Solutions объявила о частном размещении акций на сумму 3 миллиона канадских долларов.
Бетон остается одной из главных областей, где обсуждается графен. Проведено больше демонстраций и заключены соглашения о сотрудничестве с такими компаниями, как First Graphene & Fosroc International и Directa Plus, которые объявили о своих первых крупных контрактах. Компания Black Swan Graphene, получившая лицензию на производственный процесс Thomas Swan, начала торговаться на бирже TSX Venture Exchange, одновременно продвигая свои планы по созданию недорогого графена для конкретных применений и за их пределами.
На сегодняшний день одним из основных применений графена являются материалы для терморегулирования, в основном для потребительской электроники в Китае. В течение 2022 года эта тенденция продолжилась, например, благодаря функциям в новом смартфоне-раскладушке Huawei Pocket S. В секторе потребительской электроники компания LG Electronics объявила о выпуске наушников с графеновым покрытием, а в секторе здравоохранения компания GraphWear привлекла 20,5 миллионов долларов инвестиций для разработки глюкометра на основе графена.
В секторе хранения энергии по-прежнему наблюдалась высокая активность. Компания VoltaXplore (совместное предприятие NanoXplore и Martinrea) объявила о вводе в эксплуатацию демонстрационного стенда для своих кремниевых анодов. Компания Skeleton Technologies увеличила объем привлеченных средств, привлекая еще 37,6 млн евро, доведя общую сумму до более чем 200 млн евро. Компания также объявила о планах строительства нового завода по производству суперконденсаторов недалеко от Лейпцига, Германия.
Основная промышленная активность сосредоточена на использовании графена в качестве проводящей добавки, однако графеновые пленки и пластины для электронных приложений остаются очень активной областью. Самая значимая новость 2022 года пришла в начале года: компания Paragraf, специализирующаяся на графене, полученном методом MOCVD, привлекла 60 миллионов долларов в рамках раунда финансирования серии B, возглавляемого New Science Ventures. Первым продуктом Paragraf стал датчик Холла, но компания разрабатывает и другие продукты в области графеновой электроники.
