El campo de los nanocarbonos no es nuevo y ciertamente ha sido víctima de demasiado bombo y platillo y de falsos amaneceres, pero las cosas han cambiado. A lo largo de 2022 y en la próxima década, los CNT y el grafeno entrarán en fases diferentes de su expansión industrial. Los MWCNT ya se encuentran en esta fase de crecimiento, dada su aplicación clave en las baterías de iones de litio; los SWCNT

y la gran clase de materiales de grafeno aún están buscando ese caso de uso de gran volumen, pero ese día llegará a medida que el compromiso industrial siga aumentando.

En este artículo, IDTechEx le ofrece las principales noticias y tendencias sobre los nanotubos de carbono y los materiales relacionados con el grafeno en todos los ámbitos de los nanotubos de carbono y el grafeno.

2022 ha sido un año importante para los nanotubos de carbono. Conocidos desde principios de los años 90, los nanotubos de carbono de pared múltiple (MWCNT) han tardado mucho en tener una aceptación comercial significativa, pero todo ha cambiado con su papel en el cátodo de las baterías de iones de litio. IDTechEx prevé un crecimiento significativo desde sus modestas raíces, con un mercado total de CNT que superará las 70.000 toneladas de demanda anual en 2032. Esta demanda supera la capacidad actual, por lo que se está iniciando una década de aceleración.

Las noticias del sector han ido avanzando en los últimos años y 2022 no ha cambiado esta tendencia. LG Chem ha anunciado que construirá una cuarta planta, con el objetivo de que esté operativa en la segunda mitad de 2024; esta sería su mayor planta, con una capacidad de 3.200 tpa, y elevaría el total de las cuatro plantas a 6.100 tpa (la tercera se está construyendo y debería entrar en funcionamiento en 2023). También ha conseguido la aprobación de la EPA para la JV entre General Motors y LG Energy Solutions para la producción de sus células Ultium en Michigan, Estados Unidos. No todo son buenas noticias para LG Chem en lo que respecta a los CNT; Molecular Rebar Design y Black Diamond Structures presentaron una demanda por infracción de patentes contra ellos.

LG Chem no está sola en este campo. Cnano es uno de los primeros líderes del mercado, Cabot Corporation realizó una notable adquisición de SUSN en 2020, y tanto JEIO como Kumho aumentaron su actividad.

Esta no es la única actividad de este año. Huntsman está avanzando hacia su primera planta piloto de 30tpa en Texas, que estará operativa en 2023, con planes para escalar rápidamente después. Esto ocurre muchos años después de la adquisición de la tecnología de Nanocomp. También en EE.UU., Chasm Advanced Materials anunció un acuerdo de financiación de 25 millones de dólares basado en la propiedad intelectual con AON para avanzar en su trabajo sobre los híbridos de nanotubos, incluidos los trabajos para las baterías de iones de litio y el hormigón.

Los SWCNT se encuentran en una fase diferente a la de sus homólogos de paredes múltiples, ofrecen ventajas únicas, pero con actores limitados, un precio elevado y una integración difícil, no se ha visto la adopción comercial. Son muy prometedores en las baterías de iones de litio para los ánodos de silicio, pero para esta aplicación no son los únicos; hay muchas soluciones bien financiadas cerca del mercado. Una noticia clave de 2022 que afecta a todos los sectores han sido los proyectos de ley de gastos de EE.UU., incluida la Ley CHIPS y de Ciencia. Esto ha proporcionado claros incentivos para impulsar la I+D, y mientras miramos a la próxima generación de semiconductores, los SWCNT y otros nanocarbonos pueden desempeñar un papel importante en uno de los sectores globales clave.

Grafeno

Un observador casual podría pensar que el grafeno es el que tiene una gran aceptación comercial, y no su hermano mayor, los MWCNT. Las noticias y el entusiasmo que despierta este campo siguen siendo escasos, ya que los inversores y las empresas siguen siendo optimistas sobre las perspectivas del potencial del mercado. El lector no debe desilusionarse por el hecho de que el mercado del material de grafeno es todo menos pequeño hasta la fecha, pero IDTechEx pronostica un aumento significativo a medida que entra en la siguiente fase de su viaje comercial, con un mercado total que superará los 1.000 millones de dólares en 2032.

A pesar de ello, una de las noticias más significativas fue que XG Sciences cesó sus operaciones a mediados de 2022 y, posteriormente, una "parte significativa" de sus activos fue adquirida por NanoXplore. XG Sciences fue una de las primeras y más destacadas empresas de grafeno, creada en 2006. Desarrollaron varios procesos de exfoliación que producen una gama de productos, aunque normalmente con un grosor muy superior a la definición de ISO de una nanoplaqueta de grafeno (GNP). XG Sciences estableció una notable capacidad y tuvo varios compromisos comerciales anunciados de Callaway (pelotas de golf), Grays Hockey (palos de hockey), Niagara Bottling (botellas de plástico) y, sobre todo, Ford.

DTechEx lleva muchos años afirmando que el mercado del grafeno se consolidará a medio y largo plazo. En comparación con los sectores maduros de aditivos de carbono, como el negro de humo, sólo hay unos pocos actores importantes; esta noticia es la primera señal de que habrá más. En 2022 se produjeron otras noticias similares de menor envergadura, ya que Imagine Intelligent Materials también cesó su actividad y sus activos fueron adquiridos por Ionic Industries.

También ha habido adquisiciones estratégicas por parte de los actores del grafeno. Esto ha sido muy evidente en los últimos años, y en 2022 AVANZARE adquirió NASIKA PRODUCTS para mejorar sus capacidades y alcance en el sector del caucho. En otras noticias sobre compuestos, Gerdau Graphene lanzó nuevos masterbatches poliméricos mejorados con grafeno. Gerdau colabora con muchos fabricantes de grafeno y, al igual que otros productores de masterbatches, puede seleccionar el grafeno adecuado (o una combinación de ellos) para la función correspondiente. Los polvos de grafeno son una familia muy amplia, lo que puede dar lugar a más asociaciones para ofrecer soluciones complementarias, como la que se vio en 2022 entre NeoGraf y First Graphene.

El campo del grafeno y el espacio más amplio de los materiales 2D mantiene un fuerte interés académico y también se prioriza a nivel nacional. En noviembre de 2022, el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información (MIIT) de China anunció la creación de un centro nacional de innovación centrado en el grafeno en Ningbo.

2022 ha continuado la tendencia emergente de utilizar materias primas de base biológica o de desecho para producir grafeno (o carbones avanzados, en general). Quizá la noticia más destacada sea la de Levidian, que utiliza una materia prima de metano y un proceso de microondas para generar hidrógeno y grafeno, y ha conseguido una inversión de 12 millones de libras de Baker Hughes. A principios de año, Levidian anunció una asociación con Zero Carbon Ventures de Abu Dhabi, que se ha comprometido a desplegar 500 de sus sistemas LOOP. En el campo de las materias primas de biomasa, Bio Graphene Solutions anunció una colocación privada de 3 millones de dólares canadienses.

El hormigón sigue siendo uno de los principales ámbitos en los que se debate el grafeno. Ha habido más demostraciones y algunos acuerdos de colaboración con empresas como First Graphene & Fosroc International y Directa Plus, que han anunciado su primer contrato importante. Black Swan Graphene, que ha obtenido la licencia del proceso de producción de Thomas Swan, comenzó a cotizar en la bolsa TSX Venture, a la vez que impulsa sus planes de grafeno de bajo coste para aplicaciones concretas y más allá.

Una de las principales aplicaciones del grafeno hasta la fecha es en materiales de gestión térmica, principalmente para la electrónica de consumo en China. A lo largo de 2022, esto no ha disminuido, por ejemplo, con funciones en el nuevo teléfono inteligente tipo clamshell Pocket S de Huawei. En el ámbito de la electrónica de consumo, LG Electronics anunció que lanzaría unos auriculares mejorados con grafeno, y en el ámbito de la salud, GraphWear recaudó 20,5 millones de dólares para su monitor de glucosa con grafeno.

En el ámbito del almacenamiento de energía, siguió habiendo mucha actividad. VoltaXplore (la empresa conjunta de NanoXplore y Martinrea) anunció la puesta en marcha de su instalación de demostración para sus ánodos de silicio. Skeleton Technologies se sumó a sus ya notables rondas de financiación al recaudar otros 37,6 millones de euros, con lo que el total supera los 200 millones de euros. La empresa también ha anunciado que construirá una nueva planta de supercondensadores cerca de Leipzig (Alemania).

El papel del grafeno como aditivo conductor es donde se encuentra la mayor parte de la actividad industrial, pero las películas y obleas de grafeno para aplicaciones electrónicas siguen siendo un área muy activa. La noticia más destacada de 2022 se produjo a principios de año: Paragraf, especializada en grafeno MOCVD, obtuvo 60 millones de dólares en una financiación de serie B dirigida por New Science Ventures. El primer producto de Paragraf es un sensor de efecto Hall, pero está desarrollando otros en el campo de la electrónica del grafeno.