녹색 탄소 나노튜브: 현실인가 좋은 PR인가, IDTechEx에 대해 논하다

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2023년 8월 16일 오전 2시 32분(ET)

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보스턴, 2023년 8월 16일 /PRNewswire/ -- 나노재료, 특히 나노탄소 시장은 여러 차세대 기술을 실현할 수 있는 잠재력을 반영하여 지속적으로 성장하고 있습니다. 탄소나노튜브(CNT)에서 가장 주목할만한 점은 리튬이온 배터리에 통합되어 수요를 충족시키기 위해 생산량을 늘리는 동시에 주요 업체들이 인수 및 확장을 진행하여 시장 통합으로 이어지고 있다는 것입니다. 그러나 환경주의가 점점 더 대두되면서 문제는 여전히 남아 있습니다. CNT를 친환경 소재로 브랜드화할 수 있나요?

새로운 IDTechEx 보고서인 "탄소 나노튜브 2023-2033: 시장, 기술 및 기업"은 주요 응용 분야 및 주요 업체에 대한 평가를 포함하여 CNT 시장에 대한 포괄적인 개요를 제공하고 다음과 같은 세부적인 10년 시장 예측도 포함합니다. 응용 분야별로 분류된 CNT 수요(tpa) 및 시장 가치(US$). IDTechEx는 CNT를 전도성 첨가제로 활용함으로써 리튬이온 배터리 시장의 급성장에 맞춰 시장도 성장할 것으로 예상하고 있습니다.

재료의 친환경 특성을 결정할 때 가장 먼저 고려하는 부분은 대체 재료와의 비교입니다. (전도성) 탄소 첨가제로서 CNT는 카본 블랙 및 과장된 2차원 재료 그래핀과 비교하여 벤치마킹되어야 합니다. 카본 블랙은 일반적으로 그래핀 및 탄소 나노튜브보다 kg당 CO2 발자국이 더 높으며 복합재에 더 많은 부하를 요구합니다. 타이어는 이러한 재료의 주요 사용 사례이며, Michelin의 2020년 연구에 따르면 대체 나노카본보다 CNT 강화 타이어의 나노입자 방출이 더 낮은 것으로 나타났습니다. 그래핀의 "하향식" 생산 방법에는 그 자체에도 문제가 있습니다. 특히 에너지 효율성, 높은 물 요구량, 가혹한 화학 물질의 활용 등이 있습니다. 특히 그래핀을 만드는 Hummer의 방법은 심각한 도전에 직면해 있습니다.

CNT의 전통적인 생산 공정에는 레이저 제거 및 아크 방전이 포함되며, 화학 기상 증착(CVD)은 오늘날 지배적인 상업 공정으로 자리 잡았습니다. 수정된 촉매-CVD 방법에는 일산화탄소를 공급원료로 사용하는 방법이 포함됩니다. 그러나 탄소 나노튜브의 새로운 분야는 녹색 또는 폐기물 공급원료의 활용입니다. 용융염에 포집된 CO2를 전기분해하는 것은 녹색 공급원료로부터 CNT를 생산하는 가장 일반적인 방법입니다. 그러나 이 공정에서 생산되는 재료의 품질에 대한 우려가 있습니다. 메탄 열분해는 메탄이 수소와 고체 카본 블랙(또는 CNT를 포함한 나노카본)으로 직접 열 분해되는 것입니다. CarbonMeta Technologies 및 Huntsman과 같은 여러 회사에서는 폐기물 또는 부산물 메탄을 공급원료로 활용하여 온실가스를 배출하는 대신 탄소 배출을 물리적 폼 팩터에 효과적으로 고정하는 방법을 모색하고 있습니다.

가치사슬의 반대쪽 끝에 있는 탄소나노튜브는 여러 가지 녹색 기술을 가능하게 할 가능성이 있습니다. 콘크리트, 멤브레인, 심지어 전자제품과 같은 응용 분야는 모두 친환경 동인을 갖고 있으며 CNT 기반 솔루션을 탐색하고 있습니다. 그러나 녹색 기술 분야에서 CNT의 주력 시장 부문은 의심할 여지 없이 리튬 이온 배터리입니다. 탈탄소화가 차량의 전기화를 촉진함에 따라 리튬 이온 시장은 호황을 누리고 있으며, CNT는 전도성 슬러리의 일부로서 주로 음극에서 전도성 첨가제로서 중요한 역할을 합니다. 단일벽탄소나노튜브(SWCNT)가 리튬-공기 또는 리튬-황 배터리와 같은 차세대 배터리는 물론 리튬 금속 양극을 구현하는 역할을 강조하는 여러 학술 연구가 발표되었습니다.

그렇다면 탄소나노튜브는 과연 친환경 소재라고 할 수 있을까? 공급원료부터 생산 공정, 최종 활용까지 수명 주기의 모든 측면이 논의에 포함되어야 하며, 다른 전도성 탄소 첨가제와의 비교도 필요합니다. IDTechEx 보고서는 다양한 공급원료 및 프로세스에서 생산된 재료의 벤치마킹을 포함하여 탄소 나노튜브와 관련된 이러한 각 측면을 다룹니다. 많은 기업이 재료의 친환경 인증을 강조하고 싶어하지만 성능, 가격 또는 기타 지표가 기존 생산 방법과 유사하다는 점에 주의해야 합니다.