Die wichtigsten Neuigkeiten über fortschrittliche Werkstoffe im Jahr 2021

Die wichtigsten Neuigkeiten über fortschrittliche Werkstoffe im Jahr 2021

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Angesichts der noch immer wütenden Pandemie, der Unterbrechung der Lieferketten, der Chip-Knappheit, der Klimakatastrophen und der geopolitischen Turbulenzen kann man mit Sicherheit sagen, dass das Jahr 2021 nicht reibungslos verlaufen ist. Der Werkstoff- und Chemiesektor bildet das Rückgrat jeder Industrie und steht unter dem Druck all dieser Herausforderungen. In diesem Bereich wird es immer notwendig sein, die Forschung, die Entwicklung und den Einsatz neuer fortschrittlicher Materialien voranzutreiben, um auf alle Marktfaktoren zu reagieren. In diesem Artikel hebt IDTechEx die wichtigsten Neuigkeiten aus ihrer unabhängigen Sicht auf diese wichtige Branche hervor.

Handelsverkehr: Fusionen und Übernahmen

Fusionen und Übernahmen sind an der Tagesordnung, aber 2021 gab es einige sehr bemerkenswerte Veränderungen. Materion erwarb das Elektronikmaterial-Portfolio von H.C. Starck, Heraeus erwarb HS Advanced Materials, Boyd Corporation erwarb Siltec, Sun Chemical und DIC erwarben eine BASF-Sparte, und sogar außerhalb der Chemiegiganten erwarb WD Lab Grown Diamonds J2 Materials. Es gab nicht nur Erfolgsgeschichten: Im März gab Applied Materials seinen Plan zur Übernahme von Kokusai Electric auf.
 
Die bemerkenswerteste Nachricht des Jahres 2021 kam sicherlich von DuPont und ihrer bedeutenden Übernahme von Laird Performance Materials (im Juli abgeschlossen) und der Rogers Corporation (im November bekannt gegebene Vereinbarung). In beiden Fällen werden sie Teil der Geschäftseinheit Electronics & Industrial von DuPont und nannten autonome Fahrzeuge als Schlüsselmarkt. Darüber hinaus steigert die Übernahme von Rogers die Kapazitäten für Elektrofahrzeuge und Laird erweitert die Reichweite in den Bereichen Hochleistungscomputer, KI, 5G und IoT. Das Materialportfolio und die Fähigkeiten sind breit gefächert, konzentrieren sich aber sicherlich auf einige der wichtigsten Herausforderungen, mit denen diese Branchen konfrontiert sind, wie Wärmemanagement und EMI-Abschirmung.
Bildunterschrift: Fortschrittliche Werkstoffe werden für das Wachstum der Schwellenländer von entscheidender Bedeutung sein. Quelle: IDTechEx

Öffentliche und private Finanzierungen

2020 und 2021 werden Unternehmen an die Börse gehen, indem sie sich mit einer SPAC zusammenschließen. Dieser Trend ist in der Welt der fortschrittlichen Werkstoffe und in eng verwandten Branchen zu beobachten, in denen Werkstoffe eine zentrale Rolle spielen, wie z. B. beim 3D-Druck (mit Unternehmen wie Markforged) und bei der Energiespeicherung (mit Unternehmen wie Enovix), über die bereits in früherenArtikeln berichtet wurde. Bei den Werkstoffen ist vor allem Meta Materials hervorzuheben (seit Juni an der NASDAQ notiert), das im aufregenden neuen Bereich der Metamaterialien führend ist, der sich auf eine Vielzahl von Sektoren von der Unterhaltungselektronik bis hin zu 5G, Gesundheitswesen, Luft- und Raumfahrt und darüber hinaus auswirken wird. Das andere Unternehmen für fortschrittliche Materialien, das hier hervorgehoben werden soll, ist Origin Materials (ebenfalls seit Juni an der NASAQ notiert) mit seinen nachhaltigen kohlenstoffnegativen Materialien. Es gibt viel Aufregung, aber auch eine beträchtliche Menge an Turbulenzen und schlechten Nachrichten bei einigen dieser börsennotierten Unternehmen in der Frühphase; dies war beim Kurs von Meta Materials zu beobachten, ist aber am besten bei Zymergen (Börsengang im April 2021) zu sehen, das synthetische Biologie für eine Vielzahl von Produkten einsetzt, wobei das anfängliche kommerzielle Ziel eine Polyimid-Folie ist, und im August einen starken Einbruch erlebte, als es erklärte, dass seine Einnahmen 2022 "unwesentlich" sein würden.
 
Natürlich ist es nicht nur wichtig, die öffentliche Finanzierung zu verfolgen. Wir haben bemerkenswerte private Finanzierungsrunden und -ankündigungen erlebt, von denjenigen, die sich in der Frühphase und in kleinerem Maßstab befinden, wie C12 Quantum Electronics, die 10 Mio. $ für ihre Arbeit an CNTs für Quantencomputer aufbrachten, Stoicheia (5 Mio. $) für ihren fortschrittlichen Materialentdeckungsprozess, und DiviGas (3.6 Mio. $) und Osmoses (3 Mio. $), beide für neuartige Membrantechnologie, bis hin zu weiter fortgeschrittenen Unternehmen wie CHASM Advanced Materials (15 Mio. $) mit ihren Nanoröhren-Hybridentwicklungen, Via Separations (38 Mio. $) mit ihrer Graphenoxid-Membranplattform und Continuous Composites (17 Mio. $) für den 3D-Druck von duroplastischen Faserverbundwerkstoffen und bis hin zu größeren Geldbeträgen, die den kommerziellen Einsatz von Unternehmen wie Phononic (50 Mio. $) mit ihrem thermoelektrischen Kühler aus Bismuttellurid, ARRIS Composites (88.5 Mio.) für die fortgeschrittene Herstellung von Verbundwerkstoffen und Plastic Energy (145 Mio. €) für das chemische Recycling von Kunststoffabfällen. Darüber hinaus gibt es noch unzählige weitere Unternehmen, und der Appetit auf Finanzmittel hat nicht nachgelassen, selbst in einigen Branchen, die erst in einigen Jahren eine Rendite erzielen werden.

Partnerschaften

Finanzierungen und Übernahmen sind wichtig, aber auch strategische Partnerschaften und Vereinbarungen können für den Erfolg oder Misserfolg eines neu entstehenden Materials entscheidend sein. Wie in den vorangegangenen Abschnitten haben wir dies in zahlreichen Sektoren gesehen, z. B. bei Solvay und 9T Labs für Verbundwerkstoffe und bei zahllosen Unternehmen des chemischen Recyclings von Kunststoffabfällen. IDTechEx hat den Bereich der Materialinformatik als einen Bereich identifiziert, in dem einige der aufsehenerregendsten Partnerschaften zustande gekommen sind. In der Werkstoffinformatik haben sich viele große Chemie- und Werkstoffunternehmen mit wichtigen externen Anbietern zusammengetan, aber im Jahr 2021 waren die Partnerschaften mit großen Simulations-/Softwareunternehmen die herausragenden Neuigkeiten: Citrine Informatics und Intellegens schlossen sich mit Siemens bzw. Ansys zusammen.

Die Produktion beginnt und die Erweiterungen treffen ein

Eine der schwierigsten Aufgaben bei der Kommerzialisierung eines jeden Materials ist das Erreichen eines nennenswerten Volumens außerhalb eines laborgestützten Pilotmaßstabs. Wir haben diesen Sprung bei einigen spannenden Materialien gesehen, darunter NAWA Technologies und ihre VACNTs (vertikal ausgerichtete CNTs), die im August in die erste Phase ihrer industriellen Produktion eingetreten sind, und die General Graphene Corporation, die ihre Hochleistungs-Rolle-zu-Rolle-Produktionslinie für CVD-gewachsenes Graphen gestartet hat.
 
Bei den ausgereifteren fortschrittlichen Materialien sind einige wichtige Erweiterungen zu verzeichnen. Im Bereich der grünen Materialien hat Green Dot mit der Verdopplung seiner Biokunststoffkapazität begonnen, Braskem erhöht seine Produktion von grünem Ethylen und NatureWorks hat grünes Licht für den Bau einer zweiten PLA-Anlage erhalten. Thermische Grenzflächenmaterialien sind nicht die aufregendste Materialkategorie, stellen aber mit den steigenden Anforderungen an das Wärmemanagement einen wichtigen und wachsenden Markt dar, was zu Expansionsankündigungen von Wacker, Elkem und DuPont führte. Der Luft- und Raumfahrtmarkt ist eine wichtige treibende Kraft für viele fortschrittliche Werkstoffe und war einer der Sektoren, die am stärksten von der Pandemie betroffen waren. Die Erholung ist im Gange, wie der Erhalt des ersten Großauftrags von Airbus im November zeigt, aber die Lieferkette steht weiterhin vor Herausforderungen. Ein solches Material ist die Kohlefaser, aber es gibt nicht nur schlechte Nachrichten für diese Akteure: Zoltek kündigte eine Ausweitung seiner großvolumigen Fasern an, um die Anforderungen des Windmarktes zu erfüllen.
 
Der letzte Bereich, den es für 2021 zu erkunden gilt, ist das Endziel, die Produktnutzung. Hier werden wir uns zwei Sektoren ansehen: Elektronik und Energiespeicherung.

Anwendungen: Elektronik

Die Elektronikindustrie wurde im Jahr 2021 von den Nachrichten aus der Halbleiterbranche beherrscht, die sich vor allem um die Chipknappheit drehten, aber auch um die Ankündigung von 1nm- und 2nm-Chips durch TSMC und IBM, die Rolle der EUV-Lithographie-Technologie (Extreme Ultraviolet) von ASML und regionale Expansionspläne.
 
Darüber hinaus hat es einige interessante Entwicklungen gegeben. Gerüchte und Leaks zu Apples nächstem Telefon und AR/VR-Headset deuten darauf hin, dass das Unternehmen das Wi-Fi 6E-Protokoll einführen wird, das die Verwendung von LTCC-Substraten (Low Temperature Cofired Ceramics) erfordert. Die Quantenpunkt-Industrie erlebte Aufregung in ihrem vielversprechendsten Sektor, den Displays, wo die Beschleunigung und der Wettbewerb weiter anhielten, einschließlich der Hinweise, dass Samsungs QD-OLED-Fernseher 2022 auf den Markt kommen sollen, bis hin zu Märkten, die sich in einem früheren Stadium befinden, wie z. B. UbiQD, das Solarfenster auf kommerziellen Gebäuden installiert. Nanomaterialien setzen ihre Entwicklung in allen Sektoren fort, wobei Beispiele wie Nanowear und ihr Nanofaser-fähiges Wearable zur Fernüberwachung von Patienten eine weitere FDA-Zulassung erhalten haben.

Anwendungen: Energiespeicherung

Die Energiespeicherung ist nach wie vor einer der Schlüsselbereiche für die Materialforschung und -entwicklung. Es fließen weiterhin Gelder, aber der Markt steht vor Herausforderungen. Ein Beispiel dafür ist die Ankündigung von Johnson Matthey im November, sich aus dem Bereich der Batteriematerialien zurückzuziehen.
 
Wenn es um Materialien der nächsten Generation geht, sorgen Graphen-Batterien nach wie vor für Schlagzeilen. Am bemerkenswertesten ist, dass GAC mehrere Präsentationen und Ankündigungen zu seiner Graphen-gestützten Schnellladelösung gemacht hat. Lithium-Schwefel schien einen Rückschritt zu machen, als Oxis Energy im Mai Konkurs anmelden musste (Johnson Matthey erwarb das geistige Eigentum), aber es gab auch einige Fortschritte, die durch Materialien in der Frühphase ermöglicht wurden, darunter Lyten, das mit seiner "3D-Graphen"-Lösung aus dem Stealth-Modus herauskam, und Li-S Energy, das einige vielversprechende Ergebnisse mit Bornitrid-Nanoröhren (BNNTs) zeigte, sowie LG Chem und NextTech, die ebenfalls wichtige Ankündigungen machten.
 
Es gibt noch andere Materialien, die wahrscheinlich einen unmittelbareren oder dauerhafteren Einfluss auf die nächste Generation von Batteriezellen haben werden, wobei Siliziumanoden und Festkörperbatterien zwei wesentliche Bereiche sind. Weitere Informationen finden Sie in einemaktuellen Artikel über die Trends und Entwicklungen bei der Energiespeicherung im Jahr 2021.
 
Die Zellchemie ist es, die für viele Schlagzeilen sorgt, aber es ist töricht, die Verbesserungen zu übersehen, die im Inneren der Batterie stattfinden. Eine aufregende Neuigkeit im Bereich der fortschrittlichen Materialien ist die Verwendung von Silica-Aerogel-Verbundwerkstoffen als thermische Runaway-Barriere. Dies wurde bereits in China beobachtet und hat nun mit der Ankündigung von Aspen Aerogels, Aufträge von einem nordamerikanischen und asiatischen OEM zu erhalten, einen deutlichen Fortschritt erfahren.

Ausblick

Es ist nun wichtig, dass wir unsere Aufmerksamkeit auf das kommende Jahr richten und auf das, was wir als disruptiven Einfluss erwarten können. Sicherlich werden Lösungen, die wichtige Markttreiber in den Bereichen Telekommunikation, Halbleiterherstellung, Energiespeicherung und Kreislaufwirtschaft ermöglichen, weiterhin stark nachgefragt werden, ebenso wie Lösungen für die nächste Generation der Elektronik, von Augmented Reality bis zum Einsatz von Sensoren für die Industrie 4.0 und die personalisierte Gesundheitsüberwachung. Seien Sie daher nicht überrascht, wenn die viel gepriesene Ära der Nanomaterialien weiter an kommerzieller Zugkraft gewinnt.
 
Dann wird es Materialentwicklungen für revolutionäre, aber weiter entfernte Anwendungen wie vollautonome Fahrzeuge, Quantencomputer und neuronale Schnittstellen geben. Und schließlich wird sich 2022 die Art und Weise weiterentwickeln, wie Materialien mit Hilfe der Materialinformatik erforscht werden und wie sie mit Hilfe der synthetischen Biologie und des 3D-Drucks erzeugt und verarbeitet werden. Die Materialwissenschaft und die Entwicklung fortschrittlicher Werkstoffe werden nur selten in den Schlagzeilen stehen, sind aber ein wesentlicher Bestandteil aller Innovationen.
 
IDTechEx befasst sich seit mehr als zehn Jahren mit dem Bereich der fortschrittlichen Materialien und berichtet regelmäßig über Jahresendübersichten, wie z. B. 2020 und 2018. Weitere Informationen zur IDTechEx-Forschung auf diesem Gebiet finden Sie unter www.IDTechEx.com/Research/AM.
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