В новом отчете IDTechEx «Металлоорганические каркасы (МОК) 2024-2034: рынок, технологии и участники» оценивается роль МОК в ускорении декарбонизации промышленности и проблемы, связанные с их внедрением в промышленность.

5 ключевых технологий на основе MOF, которые могут помочь в решении проблемы декарбонизации промышленности. Источник: IDTechEx

1. Сорбенты на основе MOF для решений по улавливанию углерода в точечных источниках, ориентированных на трудно поддающиеся восстановлению отрасли промышленности

Внедрение технологий улавливания углерода имеет ключевое значение для решения проблемы выбросов от отраслей, которые трудно декарбонизировать (например, цементная, сталелитейная и т. д.), поддержки низкоуглеродного производства водорода и удаления CO2 из атмосферы. МОФы могут функционировать как высокоселективные фильтры, способные адсорбировать CO2 в присутствии других газов, таких как N2 и водяной пар, с быстрой кинетикой. Ключевое преимущество заключается в том, что насыщенные фильтры могут быть регенерированы за считанные минуты с использованием низкотемпературного промышленного тепла или отработанных процессов с переменным давлением, что обеспечивает более экономичные пути регенерации по сравнению с существующими методами. Хотя эти технологии работают в значительно меньшем масштабе, чем аминная очистка, существует потенциал для быстрого масштабирования этих модульных технологий в среднесрочной перспективе.

2. МОФы могут снизить углеродный след, связанный с химическим производством

Процессы химического разделения и очистки являются одними из крупнейших источников энергопотребления в химической промышленности. Существует значительная возможность разработки альтернативных технологий разделения, использующих инновационные материалы (например, MOF) для замены или дополнения существующих систем и, таким образом, снижения энергопотребления. Например, пропилен, ключевое химическое сырье, может быть отделен от пропана для получения пропилена полимерного качества с использованием мембранной технологии на основе MOF. Швейцарский стартап UniSieve сообщил IDTechEx, что его мембранная технология на основе молекулярных сит может снизить энергопотребление, связанное с разделением пропилена и пропана, до 90% по сравнению с традиционными процессами дистилляции.

3. Технологии прямой экстракции лития на основе MOF для решения ожидаемых проблем с предложением и спросом

Технологии чистой энергии, такие как аккумуляторы для электромобилей, требуют больших объемов необходимых минералов. В настоящее время 60% общего спроса на литий приходится на чистую энергетику, и, согласно сценарию МЭА по нулевым выбросам (НЗЭ), к 2030 году эта цифра, как ожидается, приблизится к 90%. Ожидается, что к 2030 году спрос на литий превысит 700 000 тонн в рамках сценария МЭА по НЗЭ, в то время как прогнозируемое предложение покроет лишь около 70% спроса. Кроме того, в отчете IDTechEx «Материалы для аккумуляторных элементов и блоков электромобилей 2023-2033» прогнозируется дефицит предложения, начинающийся с 2026 года (или раньше). Поэтому быстрое расширение и диверсификация надежных и устойчивых цепочек поставок минералов имеют важное значение для дальнейшего роста.

Возможность адаптации металлоорганических каркасов (МОК) для селективного разделения химических веществ может быть использована в технологиях прямой экстракции лития (DLE), являющихся альтернативой традиционным методам выделения лития. Американская компания EnergyX разработала собственную модульную технологию транспортировки и разделения ионов лития (LiTAS™), в которой используются мембраны на основе МОК. В настоящее время компания проводит пилотные демонстрации своей технологии в Северной и Южной Америке. Компания также получила инвестиции от General Motors (GM) для разработки своей технологии DLE и нефтепереработки, а также для поддержки ее коммерциализации. Соглашение также предоставляет GM доступ к конкурентоспособным месторождениям лития для эксклюзивного использования в производстве электромобилей и поддерживает проекты по добыче лития в Северной и Южной Америке в целях диверсификации цепочки поставок.

4. МОФы могут расширить спектр рекуперируемых хладагентов

Еще одна область, находящаяся в центре внимания, — это утилизация хладагентов. Фторуглеродные хладагенты имеют потенциал глобального потепления (ПГП), в несколько сотен и тысяч раз превышающий ПГП CO2 (ПГП CO2 = 1). В соответствии с Кигалийской поправкой к Монреальскому протоколу, производство гидрофторуглеродных хладагентов должно быть значительно сокращено к 2036 году. Поэтому компания Daikin, производитель хладагентов и оборудования для отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, активно продвигает утилизацию хладагентов. Разрабатываемые в настоящее время технологии разделения на основе металлоорганических каркасов (МОК) позволяют разделять фторуглеродные хладагенты с небольшими различиями в температурах кипения, что, как правило, невозможно при использовании традиционных методов разделения, таких как дистилляция.

5. Системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха на основе MOF для решения проблемы высокого энергопотребления, связанного с охлаждением помещений

Согласно обновленной версии «Дорожной карты по достижению нулевого уровня выбросов» МЭА на 2023 год, потребление энергии, связанное с охлаждением помещений, к 2050 году увеличится более чем вдвое, что обусловлено растущим спросом на кондиционирование воздуха на развивающихся рынках и в развивающихся странах. Для снижения нагрузки на электрогенерацию и инфраструктуру необходимы более энергоэффективные системы кондиционирования воздуха. Например, компания Montana Technologies коммерциализирует технологию AirJoule®, в которой используются алюминиевые контакторы с покрытием MOF для интеграции в системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) и системы сбора атмосферной воды, что исключает необходимость использования хладагентов. Компания утверждает, что ее технология может снизить потребление электроэнергии примерно на 75%. В марте 2024 года Montana Technologies объявила о привлечении всего необходимого финансирования для коммерциализации своей технологии в сотрудничестве с такими партнерами, как BASF, GE Vernova, CATL и Carrier.

Перспективы IDTechEx

МОФы могут открыть путь к появлению прорывных технологий следующего поколения, необходимых для декарбонизации промышленности. Однако экономически эффективное производство МОФов для промышленного применения и разработка надежных и масштабируемых технологий, интегрирующих эти материалы, сопряжены с рядом проблем. Хотя первоначальные испытания и пилотные данные показывают многообещающие результаты, эти технологии еще не были продемонстрированы в промышленном масштабе. Партнерство между производителями МОФов и разработчиками технологий имеет важное значение для продвижения этих технологий и реализации потенциала этих материалов, а стратегические инвестиции со стороны промышленных партнеров являются ключевым фактором для вывода этих технологий на рынок.

Новый отчет IDTechEx «Металлоорганические каркасы (MOF) 2024-2034: рынок, технологии и игроки» предлагает независимый анализ этих тенденций и рассматривает применение MOF в ряде других технологий на ранних стадиях развития, включая хранение водорода, хранение энергии, датчики и многое другое. На основе результатов первичных исследований в отчете анализируются ключевые игроки отрасли и приводятся рыночные прогнозы с точки зрения годового массового спроса и рыночной стоимости, сегментированной по областям применения.

Автор: д-р Шабаба Селим, технологический аналитик компании IDTechEx