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Physikalisch gesehen, handelt es sich bei Graphen um hauchdünne Lagen aus Kohlenstoffatomen, die im Wabenformat angeordnet sind. Bereits 1940 beschrieb der Physiker Philip Russell Wallace die Eigenschaften von Graphen, doch erst 2004 gelang es den Physikern Andre Geim und Kostya Novoselov der Universität Manchester Graphen zu isolieren und damit die theoretischen Erwartungen an das Material zu bestätigen. Dafür erhielten sie 2010 den Nobelpreis für Physik. Seitdem ist das Interesse an Graphen rasant gestiegen und hat eine Reihe unterschiedlicher Herstellungsmethoden vorangetrieben.
Das große Forschungsinteresse an Graphen gründet auf seinen exzellenten Materialeigenschaften. So besitzt der Werkstoff eine hervorragende elektrische Leitfähigkeit auf, ist mechanisch stabil, biegsam und transparent, wodurch sich vielfältige Anwendungsperspektiven ergeben. Doch bisher war unklar, in welche Richtung sich der Graphen-Markt entwickelt. Eine neue Meta-Marktanalyse liefert dazu nun detaillierte Einblicke. Dazu werteten Forschende über 100 englischsprachige Berichte zum globalen Graphen-Markt aus, die zwischen 2013 und 2022 erschienen sind. Für tiefere Einblicke analysierten sie insbesondere Prognosen zu jährlichen Wachstumsraten sowie Umsatzschätzungen. Ebenso bezogen sie umfassende Publikations- und Patentanalysen in ihre Auswertung mit ein. Die Ergebnisse könnten die Graphen-Entwicklung entscheindend vorantreiben.
Der globale Graphen-Markt wächst
Die Meta-Analyse zur Entwicklung des zukunftsweisenden Materials, die in der Fachzeitschrift „2D Materials“ veröffentlicht wurde, hat ergeben, dass der globale Graphen-Markt in den vergangenen Jahren deutlich gewachsen ist. Im Jahr 2022 erreichte er einen geschätzten durchschnittlichen Jahresumsatz von 380 Millionen US-Dollar. Im direkten Vergleich zum Graphitmarkt (mit einem Jahresumsatz von 22,5 Milliarden US-Dollar im Jahr 2022) oder zum Industrierußmarkt (mit einem Jahresumsatz von 17 Milliarden US-Dollar im Jahr 2021) ist das zwar deutlich weniger, doch im Hinblick auf die kurze Zeitspanne seit der Entdeckung von Graphen, bedeutet dies eine starke Entwicklung.
In Bezug auf das durchschnittliche jährliche Wachstum des weltweiten Graphen-Marktes sagen mehr als 85 Prozent der analysierten Marktberichte Wachstumsraten von über 20 Prozent voraus. Darüber hinaus prognostizieren 70 Prozent der Berichte für den kurz- bis mittelfristigen Zeitraum ein Wachstum von mehr als 30 Prozent. In diesem Zusammenhang spielt auch die Entwicklung des Graphen-Preises und die Produktionsmenge eine wichtige Rolle. Laut den Analyseergebnissen könnte die weltweite Graphen-Nachfrage bis 2028 auf etwa 9.000 bis sogar 170.000 Tonnen pro Jahr ansteigen.
Drei vielversprechende Graphen-Anwendungssektoren
Neben der Entwicklung des globalen Graphen-Marktes untersuchte die Studie auch drei vielversprechende Graphen-Anwendungssektoren: den Batteriemarkt, den Markt für Verbundwerkstoffe und den Elektronik-Bereich.
Was die erwartete durchschnittliche Wachstumsrate des Batteriemarktes betrifft, kommen die ausgewerteten Berichte auf eine ähnliche Zahl, die zwischen 20 und 30 Prozent liegt. Anders verhält es sich bei den Prognosen zu den Verbundwerkstoffen und zum Elektronik-Bereich. Beim Graphen-Elektronikmarkt reichen die Umsatzvorhersagen von unter 100 Millionen US-Dollar bis zu über einer Milliarde US-Dollar. Auch die Zahlen der prognostizierten Wachstumsraten gehen weit auseinander und reichen von unter 20 Prozent bis fast 40 Prozent. Besonders groß sind die Schwankungen jedoch beim Verbundwerkstoffmarkt. Nach Auswertungen der Marktberichte reichen hier die Umsatzwerte von unter 20 Millionen US-Dollar bis zu fast zwölf Milliarden US-Dollar im Jahr 2022. Ebenso schwanken die Wachstumsraten zwischen 3,5 und 40 Prozent. Laut den Studienautoren resultieren die großen Spannen aus unterschiedlichen Erwartungen, aber auch aus abweichenden Definitionen der Anbieter von Graphen-Marktberichten.
Trends der Patentierungsaktivitäten
Ein weiterer Punkt der Untersuchung war die Verteilung der Patentierungsaktivitäten für die drei genannten Anwendungssektoren. Diese spielen nicht zuletzt eine wichtige Rolle bei der Förderung von Forschungs- und Entwicklungsprojekten. Bei der Auswertung kam heraus, dass Europa, Nordamerika und Ostasien bei der Patentanmeldung von Graphen-Anwendungen gleichauf liegen. Doch die Studienautoren sind sich einig darin, dass auf diesem Gebiet in den kommenden Jahren noch viel passieren wird.
„Aufstrebende Nischenanbieter dominieren bisher weitgehend die Herstellung von Graphen. Sie arbeiten auch bereits an vielfältigen Anwendungen, da die Marktführer bislang oft noch untätig bleiben. Unsere Daten deuten aber auch auf erste Anzeichen eines Umdenkens hin. Einzelne Markführer, wie etwa Samsung im Elektroniksektor, bauen bereits systematisch geschütztes Anwendungswissen auf“, sagt Henning Döscher, wissenschaftlicher Projektleiter am Fraunhofer ISI und einer der vier Autoren der Publikation.
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