[미국] “친환경적인 에너지 저장 시스템 수요 증가로 LOPC 글로벌 시장 주도 예상”

리서치 앤 마켓, 2023∼2031년까지 장주기 규칙성 다공성 탄소 시장 분석

IBS 다차원 탄소재료 연구단장은 탄소 원자 60개가 공 구조를 이룬 풀러렌의 구조를 바꿀 수 있는 공정을 개발해 새로운 탄소 소재인 'LPOC'를 합성했다 [사진출처(Photo source) = IBS]

 

장주기 규칙성을 갖는 다공성 탄소(LOPC)의 글로벌 시장은 올해부터 2031년까지 연평균복합성장률(CAGR) 4.5%가 늘어날 것으로 예측된다. LOPC는 여러 창의적이고 흥미로운 응용 분야에 대한 잠재력을 가지고 있다.  친환경적인 에너지 저장 시스템에 대한 수요 증가가 LOPC의 글로벌 시장을 주도할 것으로 보인다. 

LOPC는 차세대 배터리 및 슈퍼 커패시터(supercapacitor) 개발에 중요한 역할을 하며, 이 장치들의 에너지 밀도와 전반적인 성능을 개선하는 데 도움을 줄 예정이다. LOPC는 다양한 화학 공정의 효과적인 촉매다. LOPC의 향후 적용은 지속적인 연구, 개발로 더 확장되고, 영향력이 커질 전망이다.

LOPC는 다공성 탄소 물질(porous carbon material) 중 하나로 고도로 정렬되고, 규칙적인 기공 배열이 특징이다. 이 물질의 넓은 표면적은 에너지 저장 및 변환, 촉매 작용, 환경 보호를 포함한 다양한 응용 분야에 적합다. LOPC는 일반적으로 템플릿 재료(templating procedures)를 사용해 기공 생산을 유도하는 템플릿 절차와 기공 구조가 자발적으로 형성되는 자체 조립 공정을 사용해 제조된다.

LOPC는 넓은 표면적, 규칙적인 기공 구조, 뛰어난 안정성 및 사이클 성능으로 인해 에너지 저장 및 변환, 촉매 작용, 환경 보호와 같은 다양한 응용 분야에 적합하다. LOPC는 공기와 폐수에서 오염 물질을 제거하기 위한 흡착제로 활용될 수 있다.

탄소 물질 R&D, 장주기 규칙성을 갖는 다공성 탄소(LOPC) 시장개발 추진

탄소는 자연에서 가장 풍부한 원소 중 하나다. 흑연, 다이아몬드 그리고 비결정성 탄소는 모두 탄소 원자가 다양한 방식으로 결합한 결과로 탄소의 한 형태다. 가장 잘 알려진 탄소의 종류는 흑연과 다이아몬드다. 그러나 조금 이상한 나노 크기의 탄소 동소체가 있다. 여기에는 0(평한 모양) 또는 양(구 모양)의 곡선을 가진 sp2 하이브리드 탄소로 구성된 그래핀(graphene)과 풀러렌(fullerenes)이 포함된다. 

한국 기초과학연구원(IBS)의 다차원 탄소물질센터 과학자 팀은 2023년 1월 LOPC의 발견을 발표했다. 분말형 C60 풀러렌(버민스터 플러렌buckminsterfullerene, 종종 "버키볼"로 알려져 있음)은 새로운 형태의 탄소를 생산하기 위한 출발 물질로 사용됐다.

LOPC로 불리는 중합된 C60 결정은 C60과 질화리튬을 적당한 온도에서 가열해 생성된다. LOPC 의 개발에 따른 강력한 에너지 저장 시스템의 개발로 LOPC 시장 확대가 예상된다.

풀러렌 분말을 알파리튬질소화합물과 섞어 550도까지 가열해 합성한 LOPC 소재 [사진출처(Photo source) = IBS]

 

지속 가능한 에너지 저장에 대한 수요 증가

에너지 저장 솔루션으로 충전식 배터리가 선택돼왔다. 이 배터리는 전기 자동차, 전기 제품 및 전력 시스템에 에너지를 제공했다. 그러나 낮은 전력 밀도와 주기 안정성에으로 적용이 제한됐다. 따라서 전 세계 정부는 화석 연료와 기존 에너지 저장 시스템을 대체할 수 있는 재생 에너지 저장 시스템의 연구 개발에 막대한 비용을 지출하고 있다.

이에 따라 향후 몇 년 동안 LOPC 시장의 성장이 가속화될 것으로 예상된다. LOPC는 생산의 단순성, 비용 효율성 및 내구성으로 인해 많은 연구가 수행됐다. 탄소는 자연계에 풍부하다. LOPC의 규칙적인 기공 구조와 높은 표면적은 에너지 저장 용도에 적합한 재료다.

LOPC의 넓은 표면적은 리튬 이온 배터리의 리튬 이온, 수소 저장 시스템의 수소와 같은 에너지 저장 종을 대량으로 저장할 수 있다. LOPC 시장은 지속 가능한 에너지 저장 시스템에 대한 수요 증가로 추진을 얻을 것이다.

차세대 R&D 전기화학 배터리 및 슈퍼커패시터

LOPC는 표면에 이온을 흡착하여 에너지를 저장하는 슈퍼 커패시터의 전극 재료로 사용할 수 있다. 또한 LOPC의 정렬된 기공 구조는 이러한 에너지 저장 종의 기공 안팎으로의 이동을 향상시켜 에너지 저장 장치의 전반적인 성능을 향상시킨다. 또한 LOPC는 우수한 안정성과 사이클링 성능을 보여 미래 세대의 배터리 및 슈퍼 커패시터를 만들 수 있는 잠재적인 재료다.

아시아 태평양 경제협력체(APAC), 글로벌 리더로 남을 것

가장 최근의 산업 예측에 따르면 아시아 태평양 지역은 올해부터 2031년까지 LOPC 시장에서 가장 높은 점유율을 차지할 것으로 예상된다. 청정 에너지와 환경 보호에 대한 수요 증가함에 따라 지역 시장 통계가 개선될 것으로 예측된다.

아시아 태평양 지역은 세계에서 가장 크고 빠르게 성장하는 두 경제국인 중국과 인도에 본거지를 둔다. 이 두 국가는 에너지 저장 시스템 및 환경 보호 해결책과 같은 재생 에너지 기술 개발에 상당한 투자를 하고 있다.

따라서 아시아 태평양의 LOPC 시장은 청정에너지 해결책에 대한 투자 증가에 의해 주도될 것으로 예측된다. 또한 LOPC는 고성능 배터리, 슈퍼커패시터 및 기타 에너지 저장 장치의 생산에 활용되므 이 지역의 전자 및 자동차 분야도 확장시킬 것으로 예상된다.

[원문보기]

Long-Range Ordered Porous Carbon (LOPC) Market Size, Market Share, Application Analysis, Regional Outlook, Growth Trends, Key Players, Competitive Strategies and Forecasts, 2023 to 2031

 

The global market for the long-range ordered porous carbon market is anticipated to expand at a CAGR of 4.5% during the forecast period of 2023 and 2031. Long-range ordered porous carbon (LOPC) has the potential for several creative and intriguing applications, which bodes well for its future. Over the forecast period, the global market for long-range ordered porous carbon (LOPC) is anticipated to be driven by the rising demand for energy storage systems that are environmentally friendly. LOPCs could play a crucial role in the development of batteries and supercapacitors of the next generation, helping to improve the energy density and overall performance of these devices. In the realm of catalysis, LOPCs are effective catalysts for a variety of chemical processes. Future applications of LOPCs are likely to expand and become even more influential as a result of ongoing research and development.

Long-range ordered porous carbon (LOPC) is a form of porous carbon material characterized by a highly ordered, regular arrangement of pores. The huge surface area of these materials makes them desirable for a variety of applications, including energy storage and conversion, catalysis, and environmental protection. LOPCs are commonly produced using templating procedures, in which a template material is used to drive the production of pores, or self-assembly processes, in which the pore structure forms spontaneously. LOPCs are appropriate for a variety of applications, such as energy storage and conversion, catalysis, and environmental protection, due to their high surface area, regular pore structure, and outstanding stability and cycle performance. LOPCs can be utilized as adsorbents to remove contaminants from air and wastewater.

Carbon Materials R&D Propelling Long-range Ordered Porous Carbon (LOPC) Market Development

Carbon is one of nature's most abundant elements. Graphite, diamond, and amorphous carbon are all forms of carbon that are the result of carbon atoms combining in a variety of ways. The most well-known types of carbon are graphite and diamond. Yet, there are further strange nanoscale allotropes of carbon. They include graphene and fullerenes, which are composed of sp2 hybridized carbon with either zero (flat-shaped) or positive (sphere-shaped) curvatures. A team of scientists from the Centre for Multidimensional Carbon Materials at the Institute of Basic Science (IBS), South Korea, announced the discovery of LOPC in January 2023. Powdered C60 fullerene (buckminsterfullerene, often known as "buckyballs") was used as the starting material for the production of the new form of carbon. The polymerized C60 crystal form known as long-range ordered porous carbon is produced by heating C60 fullerene with lithium nitride at moderate temperatures. Long-range ordered porous carbon (LOPC) market expansion is projected to be aided by the development of strong energy storage systems, as a result of the development of long-range ordered porous carbon (LOPC).

Increase in Demand for Sustainable Energy Storage

Rechargeable batteries have been the energy storage solution of choice. These batteries provide energy to electric vehicles, electrical appliances, and power systems. Unfortunately, their application is limited by low power density and cycle stability. Thus, governments around the world are spending heavily on the research and development of renewable energy storage systems that can replace fossil fuels and conventional energy storage systems. In consequence, this is anticipated to accelerate the growth of the long-range ordered porous carbon (LOPC) market in the coming years. Many studies have been conducted on LOPC due to its simplicity of production, cost-effectiveness, and durability. Carbon is abundant in the natural world. The regular pore structure and high surface area of LOPC make it a desirable material for energy storage applications. Its vast surface area makes it possible to store large quantities of energy-storing species, such as lithium ions in lithium-ion batteries or hydrogen in hydrogen storage systems. Long-range ordered porous carbon (LOPC) market growth is anticipated to be supported shortly by an increase in demand for sustainable energy storage systems.

Next-Generation R&D Electrochemical Batteries and Supercapacitors

LOPCs can be used as electrode materials in supercapacitors, which store energy by adsorbing ions onto their surface. Additionally, the ordered pore structure of LOPCs enhances the transit of these energy-storing species into and out of the pores, hence improving the overall performance of energy storage devices. In addition, LOPCs demonstrate good stability and cycling performance, making them a potential material for the creation of batteries and supercapacitors of the future generation.

APAC to Remain as the Global Leader

Asia-Pacific is expected to hold the highest share of the long-term ordered porous carbon (LOPC) market during the forecast period of 2023 to 2031, according to the most recent industry projections. Increased emphasis on clean energy and environmental protection is anticipated to enhance regional market statistics. Asia-Pacific is home to China and India, two of the world's largest and fastest-growing economies. These nations are making substantial investments in the development of renewable energy technology, such as energy storage systems and environmental protection solutions. Hence, the Asia-Pacific long-range ordered porous carbon (LOPC) market is projected to be driven by an increase in investments in clean energy solutions. LOPCs are utilized in the creation of high-performance batteries, supercapacitors, and other energy storage devices, therefore it is anticipated that the expansion of the electronics and automotive sectors in the region would also increase demand.

[출처 = 리서치 앤 마켓(research and market)(https://www.researchandmarkets.com/report/long-range-ordered-porous-carbon#src-pos-1) 2023년 7월 17일]