石墨烯商業(yè)化：迄今為止的歷程回顧

K． Ghaffarzadeh

IDTechEx公司(英國(guó))

石墨烯并非新型材料，其商業(yè)化運(yùn)行已有十多年，正變得越來越容易獲得和負(fù)擔(dān)得起，并最終形成了具有一定成交量的市場(chǎng)。本文基于IDTechEx公司有關(guān)石墨烯、碳納米管(CNTs)和其他2D材料的持續(xù)研究計(jì)劃，回顧石墨烯迄今為止的商業(yè)化發(fā)展并展望未來。

1 不同發(fā)展階段

第一階段為首批石墨烯公司成立之時(shí)，多數(shù)公司通過大力宣傳炒作以籌集資金或獲得大量的長(zhǎng)期資助。幾乎每天都有新論文或新聞宣稱石墨烯是某些應(yīng)用或行業(yè)的革命性救星。此階段見證了第一輪大型投資，在此階段，企業(yè)首次嘗試建立了小型石墨烯生產(chǎn)設(shè)施，演示了石墨烯的許多性能并發(fā)布聲明。

在第二階段，石墨烯公司數(shù)量猛增，世界各地涌現(xiàn)出許多小而精的石墨烯企業(yè)。炒作和投資承諾，尤其是大規(guī)模的研發(fā)投資，釋放出石墨烯具有市場(chǎng)吸引力的信號(hào)，媒體也通過持續(xù)宣傳促使該信息傳播。事實(shí)上，大多數(shù)公司僅出售少量的高價(jià)石墨烯用于研究目的。無論是大型還是小型設(shè)備的供應(yīng)商，都表現(xiàn)積極，有些企業(yè)嘗試超越單純的性能展示，尋求真正的生產(chǎn)資格認(rèn)證。但終端用戶對(duì)石墨烯的本質(zhì)和實(shí)際用途并不明確，供應(yīng)商也缺乏規(guī)模、經(jīng)驗(yàn)和質(zhì)量控制，這些客觀事實(shí)阻礙了石墨烯的發(fā)展。此時(shí)，許多公司遭受“機(jī)會(huì)過?！钡募姅_，試圖在世界各地各種不相關(guān)的行業(yè)中追逐每一個(gè)可能的潛在優(yōu)勢(shì)。他們努力地集中精力，有效分配有限資源。

在下一階段，一些公司面臨艱難困境，試圖最終通過大量投資以克服“雞和蛋”難題。在此階段，公司數(shù)量繼續(xù)增加，盡管增加速度有所減緩。但與此同時(shí)，有跡象表明，部分公司掙扎之后默默退出。此時(shí)，供應(yīng)商和用戶對(duì)石墨烯產(chǎn)業(yè)已經(jīng)有了更加細(xì)致和現(xiàn)實(shí)的認(rèn)識(shí)。用戶意識(shí)到了挑戰(zhàn)，放低了期望，尤其是在石墨烯的處理(分散)方面，同時(shí)也縮小了目標(biāo)應(yīng)用的范圍。供應(yīng)商開始更加關(guān)注產(chǎn)品安全性、一致性及生產(chǎn)成本等因素?？傊?，此階段該行業(yè)處于虧損狀態(tài)，這導(dǎo)致人們擔(dān)心石墨烯充其量將成為缺乏光明前景的低價(jià)值替代品。

石墨烯行業(yè)繼續(xù)發(fā)展到第四階段。石墨烯的市場(chǎng)價(jià)值得到確切定位，盡管它在很大程度上仍是替代品，但人們對(duì)其前景充滿信心。石墨烯的生產(chǎn)工藝得到改進(jìn)，采用了新方法，供應(yīng)的石墨烯的質(zhì)量和價(jià)格也有所提高。許多公司終于克服了對(duì)產(chǎn)品過早商品化的恐懼，開始降價(jià)，甚至不惜虧本供應(yīng)產(chǎn)品以滿足需求。一些國(guó)家如中國(guó)開始以主要參與者的身份出現(xiàn)在競(jìng)爭(zhēng)格局中。這些新的參與者向市場(chǎng)發(fā)出信號(hào)，表示他們打算將石墨烯產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變?yōu)榱慨a(chǎn)且考慮成本的產(chǎn)業(yè)。在此階段，盡管全線營(yíng)業(yè)收入同比增長(zhǎng)，但由于成本(研發(fā)、產(chǎn)能等)的增長(zhǎng)超過收入的增長(zhǎng)，該行業(yè)仍處于虧損狀態(tài)。

目前石墨烯行業(yè)處于第五階段。多家公司已具備顯著產(chǎn)能，使石墨烯的應(yīng)用性越來越高。中國(guó)是當(dāng)今石墨烯的主要生產(chǎn)地，占大部分市場(chǎng)份額。目前剝離法為最常見的石墨烯生產(chǎn)工藝，同時(shí)，一些歐洲和北美公司正力求重新平衡競(jìng)爭(zhēng)格局，探索大規(guī)模生產(chǎn)石墨烯的方法。對(duì)許多公司而言，盡管價(jià)格與成本仍差異明顯，但石墨烯銷售價(jià)格已跌至100美元/kg以下，市場(chǎng)上基于產(chǎn)量和價(jià)格的競(jìng)爭(zhēng)更加激烈。隨著一些資格認(rèn)證過程的推進(jìn)，產(chǎn)生了第一波顯著的商業(yè)消費(fèi)浪潮，更多的資格審查程序仍在經(jīng)歷最后的難關(guān)。石墨烯仍為添加劑或替代品，但用戶有時(shí)間更好地探索其應(yīng)用空間，找到石墨烯能創(chuàng)造價(jià)值的、以往無法想象的細(xì)分市場(chǎng)。企業(yè)兼并整合越來越快，許多公司再次默默退出。收入繼續(xù)增長(zhǎng)，但該行業(yè)仍處于虧損狀態(tài)。

2 未來不同發(fā)展階段

第六階段是關(guān)于不久的將來，已經(jīng)可預(yù)見到此新興階段的輪廓。該階段石墨烯需求將加速增長(zhǎng)，從而使公司收入增加，產(chǎn)能利用率提高。這將促使供應(yīng)商進(jìn)一步降低石墨烯價(jià)格。鑒于石墨烯的質(zhì)量差異，并不會(huì)出現(xiàn)統(tǒng)一價(jià)格。石墨烯能否在成本上超越多壁碳納米管，這是尚未得到證實(shí)的現(xiàn)實(shí)問題。企業(yè)兼并整合將加快并導(dǎo)致更多的小型生產(chǎn)企業(yè)退出，同時(shí)涌現(xiàn)出大型生產(chǎn)企業(yè)。這種市場(chǎng)現(xiàn)象并非靜態(tài)的，新的參與者將持續(xù)加入，且很可能是以應(yīng)用開發(fā)商而非石墨烯生產(chǎn)商的身份進(jìn)入市場(chǎng)。這種趨勢(shì)產(chǎn)生于石墨烯的應(yīng)用價(jià)值和價(jià)格可承受性的提升。這一階段將出現(xiàn)首次盈利跡象。

在第七階段，收入增長(zhǎng)將從2021/2022年度開始加速。屆時(shí)許多資格認(rèn)證過程將改變。無論是供應(yīng)商還是用戶，都將擁有廣泛的經(jīng)驗(yàn)積累。合適的應(yīng)用將得以證實(shí)，石墨烯將具有更高的性能和成本競(jìng)爭(zhēng)力。此階段將是產(chǎn)量和收入增長(zhǎng)的階段，最終該行業(yè)進(jìn)入盈利期。

本文所述7個(gè)階段(表1)基于IDTechEx公司的研究報(bào)告《石墨烯、2D材料和碳納米管：2018—2028年的市場(chǎng)、技術(shù)和機(jī)遇》。該報(bào)告對(duì)石墨烯、碳納米管和2D材料進(jìn)行了全面分析，并提供了詳細(xì)的技術(shù)報(bào)告，對(duì)產(chǎn)品過去、現(xiàn)在和未來的價(jià)格和生產(chǎn)能力進(jìn)行了最新評(píng)估，并進(jìn)行了有見地且很關(guān)鍵的應(yīng)用分析及按應(yīng)用細(xì)分的10年細(xì)分市場(chǎng)預(yù)測(cè)，該報(bào)告還涵蓋了行業(yè)參與者的意見。

表1 石墨烯商業(yè)化過程演變的不同階段