Marktbericht zu synthetischem Graphit: Größe, Marktanteil und Trendanalyse nach Typ (Graphitanode, Graphitblock (Feinkohlenstoff), Sonstige Typen (Graphitelektrode usw.)), nach Anwendungen (Metallurgie, Teile und Komponenten, Batterien, Nukleartechnik, Sonstige Anwendungen) und nach Region (Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik, Naher Osten und Afrika, Lateinamerika) – Prognosen für 2025–2033

Wachstumsfaktoren des Marktes für synthetischen Graphit

Hohe Nachfrage im Metallurgiesegment

In der Metallurgie findet Graphit vielfältige Anwendung, beispielsweise als Elektrode, in feuerfesten Materialien, Ziegeln und monolithischen Tiegeln. Im Elektrolichtbogenofen (EAF) wird synthetischer Graphit zur Herstellung von Stahl, Ferrolegierungen und Aluminium verwendet. In metallurgischen Prozessen wie dem Einschmelzen von Schrott im Elektroofen, dem Polieren von Keramik, der Herstellung von Verbindungen wie Calciumcarbid und anderen Verfahren, die hohe Temperaturen und saubere Energiequellen erfordern, dienen Elektroden aus synthetischem Graphit als Energiequelle.

Der Einsatz von synthetischem Graphit in metallurgischen Anwendungen dürfte durch die weltweit steigende Produktion von Rohstahl und Aluminium vorangetrieben werden. Synthetische Graphitelektroden werden aufgrund ihrer Leitfähigkeit in verschiedenen Qualitäten hergestellt, darunter Ultrahochleistungsgraphit (UHP), Hochleistungsgraphit (HP) und Standardgraphit (RP).

Laut der World Steel Association ist RohölStahlDie Produktion stieg von 1.879 Millionen Tonnen im Jahr 2020 auf 1.951 Millionen Tonnen im Jahr 2021. Es wird erwartet, dass mit dem Anstieg der Produktion von essentiellen Metallen und Legierungen wie Stahl und Aluminium auch der Markt für synthetischen Graphit ankurbeln wird.

Marktbeschränkung

Hohe Kosten im Vergleich zu Naturgraphit

Dank jüngster Fortschritte bei der Reinigung und Modifizierung von Naturgraphit ersetzt dieser zunehmend synthetischen Graphit in Anwendungen, in denen er bisher die einzige Option war. Gereinigter Naturgraphit in Flockenform weist eine höhere elektrische und thermische Leitfähigkeit als synthetischer Graphit auf, da er einen höheren Kristallinitätsgrad besitzt. Naturgraphit eignet sich aufgrund seiner Exfoliation und Pressbarkeit zu Platten – im Gegensatz zu synthetischem Graphit – ideal für Kühlkörper, Brennstoffzellen und Dichtungen. Aufgrund seiner überlegenen Eigenschaften und der deutlich geringeren Kosten im Vergleich zu synthetischem Graphit erforschen Wissenschaftler derzeit den Einsatz von Naturgraphit in Lithium-Ionen-Batterieanoden.

Sphärischer Graphit wird aus natürlichem Graphit hergestellt und weist bessere Eigenschaften als synthetischer Graphit auf, dessen Kosten für diese Batterien bei etwa 18.000 US-Dollar pro Kilogramm liegen. Er wird für rund 6.000–10.000 US-Dollar pro Kilogramm Tonne angeboten und ist damit ein sehr kostengünstiges Produkt, das die Preise für Autobatteriesysteme senken kann. Synthetischer Graphit ist aufgrund seiner Reinheit eine wertvolle Graphitquelle für die Energiespeicherung. Allerdings ist es für Hersteller von Elektrofahrzeugen aufgrund der hohen Kosten und des aufwendigen Herstellungsverfahrens schwierig, die Kosten so weit zu senken, dass eine breite Akzeptanz möglich ist.

Marktchance

Steigende Nachfrage nach Elektrofahrzeugen

Die Anoden von Lithium-Ionen-Batterien, die Elektrofahrzeuge antreiben, bestehen aus synthetischem Graphit. Synthetischer Graphit hat in letzter Zeit mit der zunehmenden Verbreitung von Elektroautos (EVs) an Bedeutung gewonnen. Er ist ein wesentlicher Bestandteil der Anoden in den Lithium-Ionen-Batterien dieser Fahrzeuge. Batteriehersteller setzen zunehmend auf natürlichen Graphit als Anodenmaterial in ihren Zellen.

Dennoch wird es aufgrund günstigerer Herstellungskosten, Bedenken hinsichtlich Umweltbelastung und CO₂-Emissionen sowie der einfacheren Skalierbarkeit der Produktion weiterhin mit synthetischem Graphit gemischt. Aufgrund der geringen Reinheit von Naturgraphit beträgt das Verhältnis von Natur- zu Synthetikgraphit in Autobatterien jedoch 10 % Naturgraphit zu 90 % Synthetikgraphit. In den letzten zehn Jahren hat der globale Markt für synthetischen Graphit für Elektrofahrzeuge enorme Fortschritte gemacht.

Trotz des jüngsten Anstiegs der Anzahl von Elektrofahrzeugen weltweit wird jedoch erwartet, dass die Branche in den nächsten zehn Jahren aufgrund zunehmender Besorgnis über Emissionen und sich ändernder Umweltpolitiken der Zentralregierungen weltweit weiter expandieren wird.

Regionalanalyse

Der asiatisch-pazifische Raum ist der wichtigste Umsatzträger und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 5,66 % wachsen. China zählt zu den weltweit größten Graphitproduzenten, vor allem aufgrund der enormen Nachfrage aus aufstrebenden Branchen wie Lithium-Ionen-Batterien, Elektronik, Stahl, Solarenergie und Kernkraft. Japan und Korea, die in den vergangenen zehn Jahren die Plätze zwei und drei belegt hatten, wurden von China an die Spitze verdrängt.

Die verbesserte Marktposition ist vor allem auf eine förderliche Regierungspolitik, eine starke Produktionsbasis, protektionistische Regulierungen und die steigende Nachfrage nach Batterien zurückzuführen – allesamt positive Faktoren für den chinesischen Batteriemarkt. China ist weltweit führend in der Solarenergieproduktion und beherbergt zudem einen der größten Solarparks (in der Tengger-Wüste). Es wird erwartet, dass das Land auch in absehbarer Zukunft der größte Investor in erneuerbare Energien bleiben wird.

Darüber hinaus plant China, den Anteil der genutzten Solarenergie deutlich zu erhöhen, was die Nachfrage nach Marktforschung im Prognosezeitraum steigern dürfte. Indien, einer der größten Wachstumsmärkte für Elektrofahrzeuge in den kommenden Jahren, hat ein erhebliches Bedarfspotenzial an Lithium-Ionen-Batterien und den dazugehörigen Rohstoffen, darunter synthetischer Graphit. Im Rahmen des Programms „Faster Adoption and Manufacturing of (Hybrid and) Electric Vehicles Phase II“ (FAME-II) fördert die indische Regierung die Elektromobilität. Sie hat sich das ehrgeizige Ziel gesetzt, bis 2022 175 GW Strom aus erneuerbaren Energien zu erzeugen. Zudem strebt die Regierung an, dass bis 2030 mindestens 15 % der Fahrzeuge im Land elektrisch betrieben werden.

Markttrend für synthetischen Graphit in Europa

Für Europa wird im Prognosezeitraum ein durchschnittliches jährliches Wachstum von 2,36 % erwartet. Solare Photovoltaik (PV) dürfte eine wichtige Rolle beim Energiewandel in Deutschland spielen. Der Einsatz innovativer Technologien zur Steigerung der Produktivität und staatliche Förderprogramme zum Ausbau der Installationskapazitäten könnten den deutschen Photovoltaikmarkt in den kommenden Jahren maßgeblich voranbringen.

In den letzten Jahren ist die Stahlindustrie in Großbritannien rückläufig. Dies ist vor allem auf steigende Importe aus China zurückzuführen, wo die Stahlproduktion trotz hoher Strompreise günstiger ist. Um diesem Problem entgegenzuwirken, kündigte die Regierung 2016 an, die Energiekosten zu senken, die nationalen EU-Emissionsgesetze anzupassen und Importbeschränkungen zu berücksichtigen.

Darüber hinaus hatte der Brexit, auch im Hinblick auf die Auswirkungen auf die Exportaktivitäten lokal produzierten Stahls in andere europäische Regionen, erhebliche Folgen für den Stahlsektor. Die gesunkene Nachfrage veranlasste die inländischen Stahlproduzenten zu Produktionskürzungen, was sich negativ auf den heimischen Markt für synthetische Graphitelektroden auswirkte.

Viele Stahlproduzenten des Landes entscheiden sich jedoch dafür, die Umweltbelastung durch die bei der Stahlherstellung entstehenden Kohlendioxidemissionen zu reduzieren. Die Stahlproduktion mittels Elektrolichtbogenofen (EAF) ist die bevorzugte Methode, um ökologischen Bedenken Rechnung zu tragen. Derzeit sind landesweit über 500.000 Solaranlagen auf Gebäuden installiert. Bis 2022 wird jedoch mit weltweit über 10 Millionen Solaranlagen gerechnet. Die Nachfrage nach synthetischem Graphit dürfte im Prognosezeitraum steigen.

Die Vereinigten Staaten gehören zu den fünf größten Importländern von synthetischem Graphit. Die Regierung spielt eine bedeutende Rolle auf dem Markt für die Herstellung von synthetischem Graphit. Zu den Produzenten zählen US-amerikanische Unternehmen wie Asbury Carbons, GrafTech International und Superior Graphite sowie die SGL Group aus Deutschland und Showa Denko aus Japan.

Die steigenden Handelszölle gaben der US-amerikanischen Stahlindustrie neuen Aufschwung und kurbelten die Nachfrage nach Kunststoffgraphitformen an. Der Großteil (fast 70 %) des in den USA produzierten Stahls wird im Elektrolichtbogenofenverfahren hergestellt, da die Regierung umweltfreundliche Produktionsverfahren landesweit fördert.

Im Jahr 2020 produzierten die Vereinigten Staaten rund 72 Millionen Tonnen Stahl. Durch die Verbesserung der Leistungskennzahlen ihrer Werke und die Senkung der Betriebskosten konnten die US-amerikanischen Hersteller von synthetischen Graphitelektroden ihre Gewinnmargen steigern.

Kanada positioniert sich durch seine Forschung zum Einsatz kleiner modularer Reaktoren (SMR) als Vorreiter in einer neuen Ära der Kernenergie. Im Prognosezeitraum wird die Haltung des Landes zur Kernenergieerzeugung maßgeblich zum Wachstum des globalen Kernenergiemarktes beitragen.

In Kanada werden 15 % des nationalen Stroms durch Kernenergie erzeugt. 22 Kernreaktoren verteilen sich auf fünf Standorte in drei Provinzen. Die kanadische Atomaufsichtsbehörde (Canadian Nuclear Safety Commission) wurde um die Genehmigung für den Bau eines neuen Kernkraftwerks gebeten. Im Prognosezeitraum wird der Markt voraussichtlich durch die wachsende Kernenergieerzeugung des Landes getrieben. Daher dürften alle diese Trends in den Endverbraucherbranchen im Prognosezeitraum den nationalen Verbrauch von synthetischem Graphit ankurbeln.

Die brasilianische Stahlindustrie befindet sich derzeit in einer schweren Krise, die vor allem auf die Nachfrage nach chinesischem Stahl und den Nachfragerückgang der wichtigsten Abnehmer – der Automobil-, Maschinenbau- und Anlagenbauindustrie – zurückzuführen ist. Aufgrund der sich verbessernden Wirtschaftslage des Landes wird für Brasilien in den kommenden Jahren ein schleppendes Wachstum der Stahlproduktion prognostiziert.

Folglich wird erwartet, dass die Nachfrage nach synthetischen Graphitelektroden für die Stahlherstellung in den kommenden Jahren stetig steigen wird. Argentinien ist stark von importierten Solarkomponenten abhängig, und der Bau von Solaranlagen nimmt rasant zu. Die meisten Hersteller von Solarkomponenten sind bereit, zu investieren und ihre Produktionskapazitäten auszubauen, um die erwartete Nachfrage zu decken. Dies eröffnet neue Wachstumschancen für Materialien wie synthetischen Graphit.

Typen-Einblicke

Basierend auf dem Typ ist der globale Markt in Graphitanoden, Graphitblöcke (Feinkohlenstoff) und andere Typen (Graphitelektroden usw.) unterteilt. Das Segment der Graphitanoden trägt am meisten zum Markt bei und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 7,6 % wachsen. Der Vorteil von synthetischem Graphit in Lithium-Ionen-Batterien liegt darin, dass Lithiumatome zwischen die Graphenschichten eingelagert werden können, um eine interkaläre Verbindung (z. B. LiC₆) zu bilden. Dies ermöglicht geringe Irreversibilität und eine hohe Beständigkeit gegen Exfoliation während des ersten Lade-/Entladezyklus. Dank seiner zahlreichen hohlen Kohlenstoffnanostrukturen (OCHN), die Zwiebeln ähneln, weist synthetischer Graphit eine hohe spezifische Kapazität von 460 mAh pro Gramm bei 20 Milliampere und eine ausgezeichnete Schnellladefähigkeit mit einer maximalen reversiblen Kapazität von 310,3 mAh pro Gramm bei einer Ag auf.

Synthetischer Graphit ist ein vielversprechendes Anodenmaterial für Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterien, insbesondere im Vergleich zu den Vorteilen herkömmlicher Graphitanoden. Obwohl synthetischer Graphit als Anodenmaterial teurer ist als natürlicher Graphit, wird er aufgrund seiner höheren Reinheit für High-End-Batterien bevorzugt. Die meisten Hersteller von Batterieanoden verwenden synthetische und natürliche Materialien, um ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Kosten und Leistung zu erzielen. Dank der geringeren elektrischen Widerstände und der höheren Homogenität von synthetischem Graphit wird dieser jedoch zunehmend in fortschrittlichen Technologien wie NCA und NMC 811 eingesetzt.

Synthetische Graphitblöcke werden nach dem gleichen Petrolkoks-Verfahren wie Elektroden hergestellt, wobei sich die Struktur des verwendeten Kokses leicht unterscheidet. Die Blöcke entstehen durch isostatisches Pressen, Extrudieren und Formen. Alle diese Verfahren werden zur Graphitherstellung für verschiedene Anwendungen eingesetzt, und jedes bietet spezifische Vorteile.

Die Anwendungsgebiete für synthetische Bausteine ​​sind sehr vielfältig und reichen von der Herstellung vonPolysiliziumVon der Solarbranche bis hin zu Hochtemperaturreaktoren in der Kernenergie – extrudiertes Graphit findet vielfältige Anwendung. Es wird in unterschiedlichen Formen und Größen hergestellt. Im Vergleich zu isotropem Graphit, dessen Körner etwa zehnmal größer sind, weist extrudiertes Graphit gröbere Körner auf.

Extrudiertes Graphit weist zudem mehrere besondere Eigenschaften auf, darunter eine erhöhte thermische und elektrische Leitfähigkeit, Beständigkeit gegen Temperaturschocks und Chemikalien sowie eine gute Biegefestigkeit. Allerdings ist extrudiertes Graphit weniger fest. Durch Heißisostatisches Pressen (HIP) lässt sich das stärkste synthetische Graphit herstellen. Daher eignet es sich hervorragend für Anwendungen in Bereichen wie Solarenergie, LEDs, Halbleiter, Funkenerosion (EDM), Glasindustrie und Chemie.

Anwendungseinblicke

Basierend auf den Anwendungsgebieten ist der globale Markt in Metallurgie, Teile und Komponenten, Batterien, Nukleartechnik und sonstige Anwendungen unterteilt. Das Segment Metallurgie hält den größten Marktanteil und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 3,57 % wachsen. Graphit findet in der Metallurgie vielfältige Verwendung, beispielsweise für Elektroden, feuerfeste Materialien, Ziegel, monolithische Bauteile, Tiegel usw. Im Elektrolichtbogenofen (EAF) dient synthetischer Graphit als Anode zur Herstellung von Stahl, Ferrolegierungen und Aluminium.

Synthetische Graphitelektroden werden in metallurgischen Prozessen eingesetzt, beispielsweise zum Einschmelzen von Schrott in Elektroöfen, zum Polieren von Keramik, zur Herstellung von Verbindungen wie Calciumcarbid und in anderen Verfahren, die eine hohe Temperatur und eine saubere Energiequelle erfordern. Je nach ihrer Leitfähigkeit werden synthetische Graphitelektroden in verschiedenen Qualitäten hergestellt, darunter Ultrahochleistungs- (UHP), Hochleistungs- (HP) und Standardleistungs- (RP).

Der Einsatz von synthetischem Graphit in metallurgischen Anwendungen dürfte durch die weltweit steigende Produktion von Rohstahl und Aluminium vorangetrieben werden. Allerdings wird die Marktnachfrage aufgrund schwankender Produktionsentwicklungen dieser Metalle voraussichtlich unsicher bleiben.

Die Zugabe von Kohlenstoffgraphit zu einem Werkstoff verbessert dessen Eigenschaften, darunter überlegene Festigkeit, hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit sowie reduzierte Porosität. Kohlenstoffgraphit findet vor allem in Ventilen und Dichtungen Verwendung, insbesondere in elektrischen und mechanischen Anwendungen. Zu den Anwendungsgebieten zählen Labyrinth- und Gleitringdichtungen für die Fluid- und Gasindustrie. Gängige Gleitringdichtungen, die Kohlenstoffgraphit verwenden, sind beispielsweise Packungsdichtungen, polymere, elastomere oder metallische Lippendichtungen, kunstharzgebundene Graphitdichtungen, Wellendichtungen, Labyrinthdichtungen und Ringdichtungen.

In weniger entwickelten Ländern und bei älteren Maschinen werden Stopfbuchspackungen hauptsächlich für einfache Abdichtungsaufgaben eingesetzt. Der Einsatz dieser Dichtungsart ist rückläufig, da die Endverbraucher Langlebigkeit, geringen Wartungsaufwand und niedrige Leckageraten erwarten. Polymerdichtungen sind zwar kostengünstig, werden aber aufgrund ihrer geringen Belastbarkeit nur selten verwendet. Harzgebundene Wellen-, Labyrinth- und Ringdichtungen hingegen finden in industriellen Anwendungen häufig Verwendung, da sie für hochbelastbare Materialien geeignet sind und die Anwender eine längere Lebensdauer und geringere Leckageraten erwarten.