أنابيب الكربون النانوية (CNTs)، وهي جزيئات أنبوبية مكونة من صفائح ملفوفة من الجرافين، تتميز بخصائص كهربائية وحرارية وميكانيكية متميزة. وتتوافر في شكلين رئيسيين: أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار (SWCNTs) وأنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران (MWCNTs). ونظرًا لارتفاع نسبة قوتها إلى وزنها، وموصليتها، ومرونتها، وأبعادها النانوية، فإنها تُستخدم بشكل متزايد في الإلكترونيات، وتخزين الطاقة، والمركبات، وأجهزة الاستشعار، والتطبيقات الطبية الحيوية.

من المتوقع أن يصل حجم سوق الأنابيب النانوية الكربونية إلى 18.01 مليار دولار أمريكي بحلول عام 2031 من 6.45 مليار دولار أمريكي في عام 2023. ومن المتوقع أن يحقق السوق معدل نمو سنوي مركب بنسبة 13.7٪ من 2023 إلى 2031.

القطاعات الرئيسية

حسب النوع

أنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران

أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار

حسب الطلب

الإلكترونيات وأشباه الموصلات

تخزين الطاقة

المركبات الهيكلية

الفضاء والدفاع

طبي

احصل على تقرير العينة: https://www.theinsightpartners.com/sample/TIPRE00004215

استراتيجيات النمو

إنفاق البحث والتطوير لتعزيز كفاءة الإنتاج (العائد، والحجم، والتوحيد، والنقاء)، وخفض التكاليف، وإنشاء تقنيات تخليق جديدة. على سبيل المثال، تحسين تصميم المحفز، أو الترسيب الكيميائي البخاري القابل للتطوير، أو المواد الأولية الجديدة.

الشراكات والاستحواذات والتعاون : التعاون مع الشركات في مجال التقنيات التكميلية (على سبيل المثال مصنعي البطاريات، وشركات المركبات، ومصنعي المعدات الأصلية للإلكترونيات)، أو الاستحواذ على شركات ذات قدرات معينة (على سبيل المثال أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار عالية النقاء).

زيادة القدرة الإنتاجية، لا سيما في المناطق ذات تكاليف التصنيع المنخفضة واللوائح التنظيمية المواتية. عادةً ما تكون زيادة سعة أنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران أسهل، بينما تكون زيادة أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدران عالية النقاء أصعب، ولكن بهامش ربح مرتفع.

تطوير سلسلة القيمة والتكامل الرأسي: الدخول إلى الأسواق النهائية (المركبات، والإلكترونيات، وتخزين الطاقة) بدلاً من أن تكون موردًا لأنابيب الكربون النانوية الخام.

الاستدامة والتصنيع الأخضر: تقليل الأثر البيئي، والنفايات، واستهلاك الطاقة، والعمل على إعادة التدوير، واستخدام المواد الخام العضوية أو الكربونية الناتجة عن النفايات. بالإضافة إلى ذلك، السلامة والامتثال للأنظمة. وهذا يُصبح أكثر أهمية لقبول العملاء واللوائح التنظيمية.

الاتجاهات المستقبلية

زيادة النقاء والتحكم في الكيرالية وتجانس أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار: حيث تستمر الإلكترونيات وأشباه الموصلات والشاشات المرنة وما إلى ذلك في النمو في الطلب، مما يتطلب خصائص متجانسة (على سبيل المثال سلوك أشباه الموصلات مقابل السلوك المعدني).

دمج أنابيب الكربون النانوية في تخزين الطاقة والمركبات الكهربائية: مع تزايد اعتماد المركبات الكهربائية، ستكون المكثفات الفائقة، وأقطاب البطاريات، وإضافات حزمة البطاريات الموصلة مجالات التطبيق الرئيسية.

المواد المركبة المتقدمة والمواد الذكية: قدرة متعددة الوظائف للمواد المقواة بالأنابيب النانوية الكربونية، على سبيل المثال التوصيل الكهربائي/الحراري + القوة الميكانيكية + الاستشعار المحتمل.

التطبيقات الطبية الحيوية: توصيل الأدوية، والتصوير، وأجهزة الاستشعار، في حال حُلّت المشكلات التنظيمية والسمية. سيكون تحسين وظائف الأسطح أمرًا بالغ الأهمية.

اتجاهات الاستدامة: عمليات إنتاج أقل خضرة، ومواد خام متجددة، وتقليل تصنيع الطاقة، وإعادة التدوير، والتنظيم الذي يعزز العمليات الآمنة بيئيًا. كما يتعلق الأمر بالسلامة الصحية والبيئية للأنابيب النانوية الكربونية في حد ذاتها.

فرص:

زيادة الطلب في صناعات السيارات الكهربائية والإلكترونيات والطيران على المواد الخفيفة عالية القوة والموصلة.

الأسواق الناشئة: يمكن للشركات في منطقة آسيا والمحيط الهادئ أو في الاقتصادات الناشئة الاستفادة من النمو مع تحول الصناعات المحلية إلى المواد المتقدمة.

استخدامات ذات هامش ربح مرتفع في مجالات محددة: أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار لأجهزة الاستشعار، والأجهزة الكمومية، واستخدامات أشباه الموصلات، حيث تكون الوظيفة أكثر أهمية من السعر.

الاستخدام الأخضر والمستدام: استخدام أنابيب الكربون النانوية في تقنيات الطاقة المتجددة (الطاقة الشمسية، والمكثفات الفائقة)، وبناء عمليات إنتاج صديقة للبيئة.

التحديات:

تكلفة عالية وقدرة محدودة على توسيع نطاق أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار عالية النقاء.

القضايا التنظيمية والسلامة (السمية والبيئة) في المقام الأول للاستخدامات الطبية الحيوية أو الاستهلاكية.

المنافسة من المواد الأخرى (الجرافين، والمواد النانوية الأخرى، وحتى المواد التقليدية إذا كانت التحسينات مرضية بدرجة كافية).

تجزئة السوق والملكية الفكرية / براءات الاختراع والعمليات الملكية.

اللاعبون الرئيسيون مع التطورات الأخيرة

نانولاب المحدودة (الولايات المتحدة الأمريكية)

ملخص:

شركة نانولاب المحدودة متخصصة في تصنيع وتسويق أنابيب الكربون النانوية وغيرها من المواد النانوية. تُستخدم منتجات الشركة من أنابيب الكربون النانوية في البحث والتطوير في مختلف الصناعات، مثل الإلكترونيات والطاقة والسيارات.

التطورات الأخيرة:

المعلومات المتوفرة حول التطورات الحالية لشركة نانولاب محدودة في المصادر المذكورة. ومع ذلك، تشتهر الشركة بجودة منتجاتها من الأنابيب النانوية الكربونية، وتظل لاعبًا رئيسيًا في قطاع المواد النانوية.

شركة كومهو للبتروكيماويات المحدودة (كوريا الجنوبية)

ملخص:

شركة كومهو للبتروكيماويات المحدودة هي شركة كيميائية كورية جنوبية كبيرة تعمل في تصنيع المطاط الصناعي والبتروكيماويات وإنتاج المواد عالية التقنية، بما في ذلك أنابيب الكربون النانوية.

التطورات الأخيرة:

انخرطت شركة كومهو للبتروكيماويات بشكل مكثف في تطوير وتسويق أنابيب الكربون النانوية (CNT) لتطبيقات متنوعة. وتستخدم كومهو منتجاتها من هذه الأنابيب في تحسين خصائص المطاط والبلاستيك، مما يُسهم في دفع عجلة قطاعي السيارات والإلكترونيات.

شركة كلين للصناعات المحدودة (كندا)

ملخص:

Klean Industries Inc. هي شركة كندية متخصصة في تقنيات تحويل النفايات إلى طاقة وتصنيع المواد النانوية المتقدمة، بما في ذلك أنابيب الكربون النانوية.

التطورات الأخيرة:

كانت شركة كلين إندستريز رائدة في مجال تصنيع أنابيب الكربون النانوية عالية الجودة من الإطارات والمطاط المُهدَرين. باستخدام تقنية حاصلة على براءة اختراع، مُستمدة من أبحاث تعاونية امتدت لأكثر من 35 عامًا، قامت الشركة بتشغيل منشآت لمعالجة أكثر من 250 طنًا يوميًا من المواد الخام عالية الكربون وتحويلها إلى مواد نانوية.

في عام ٢٠١٢، أنشأت شركة كلين إندستريز منشأةً تجاريةً لإنتاج الأنابيب النانوية الكربونية من الإطارات المُستعملة، مُحققةً بذلك نقلةً نوعيةً في ابتكارات التكنولوجيا النظيفة وإنتاج المواد النانوية المستدامة. كما وسّعت الشركة عملياتها بطاقة معالجة جديدة في الهند وماليزيا لتلبية الطلب العالمي المتزايد على المواد الخام المستدامة في قطاعات الإطارات والبلاستيك والمطاط.

خاتمة

من المتوقع أن يشهد سوق الأنابيب النانوية الكربونية نموًا قويًا خلال العقد المقبل. ومع بقاء أنابيب الكربون النانوية متعددة الجدران (MWCNTs) القوة المهيمنة بكميات كبيرة، وتطبيقات مُراعية للتكلفة، وتزايد استخدام أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدران تجاريًا في التطبيقات ذات الأداء الحاسم، فإن السوق ينضج. سيحدد العمل على توسيع السعة، وتحسينات النقاء والتجانس، والاختراق في أسواق التطبيقات اللاحقة، والاستدامة، والشراكات الحكيمة الفائزين. من المرجح أن تهيمن مناطق جغرافية مثل آسيا والمحيط الهادئ من حيث الحجم، بينما تتنافس أمريكا الشمالية وأوروبا بشراسة في فئات التكنولوجيا المتقدمة، والقطاعات الخاضعة للتنظيم، والقطاعات ذات هامش الربح المرتفع.

الأسئلة الشائعة

ما هو الفرق بين أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار (SWCNTs) وأنابيب الكربون النانوية متعددة الجدار (MWCNTs)، ولماذا هو مهم؟

أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار (SWCNTs) عبارة عن صفائح جرافين مفردة ملفوفة في أنابيب؛ بينما أنابيب الكربون النانوية متعددة الجدار (MWCNTs) عبارة عن عدة أنابيب متحدة المركز من الجرافين. تتميز أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار (SWCNTs) عمومًا بخصائص كهربائية أكثر دقة، ويمكن أن تكون شبه موصلة، وأخف وزنًا وأرق، إلا أن تصنيعها بشكل موحد أصعب وأكثر تكلفة. أما أنابيب الكربون النانوية متعددة الجدار (MWCNTs) فهي أقوى وأقل تكلفة، وتُستخدم حيث لا تكون الدقة بنفس الأهمية.

ما هي القوة الدافعة وراء الطلب على الأنابيب النانوية الكربونية؟

العوامل الرئيسية: الحاجة إلى مواد أخف وأقوى وأكثر توصيلاً (على سبيل المثال، في السيارات والطائرات والإلكترونيات)، وزيادة تخزين الطاقة (البطاريات والمكثفات الفائقة)، وتقليص حجم الإلكترونيات، والتركيز المتزايد على المواد المستدامة وعالية الأداء.

ما هي أكبر العوائق أمام الاستخدام الأوسع للأنابيب النانوية الكربونية؟

تكلفة الإنتاج (وخاصة أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار عالية النقاء)، والتحديات في الإنتاج القابل للتطوير، والقضايا التنظيمية/السلامة، والمنافسة من المواد الأخرى، والحفاظ على اتساق الخصائص من دفعة إلى أخرى.

كيف يؤثر التنظيم على السوق؟

تتعلق اللوائح بالبصمة البيئية (انبعاثات الإنتاج، البصمة الكربونية)، والصحة والسلامة (الاستنشاق، التعرض للأنابيب النانوية الكربونية)، وفي بعض الأسواق، تتعلق بالمواد النانوية. يترتب على الامتثال تكلفة، وقد يُخفف من اعتماد هذه المواد، ولكنه يُشجع أيضًا على ممارسات أكثر أمانًا واستدامة.

هل السوق أفضل للتطبيقات الضخمة أم للتطبيقات الدقيقة عالية الجودة؟

كلاهما. تُحقق التطبيقات الكبيرة (المركبات، التعزيزات، إضافات التوصيل) حجمًا كبيرًا، بينما تُحقق التطبيقات الدقيقة (الإلكترونيات، المستشعرات، الأجهزة القائمة على أنابيب الكربون النانوية أحادية الجدار) هوامش ربح أعلى. ويعتمد النجاح على موازنة هذه العوامل لتحسين العائد.