Gần đây tôi đã nghiên cứu về lĩnh vực graphene, và có điều gì đó đáng chú ý ở đây. Mọi người đều nói về graphene như một vật liệu kỳ diệu sẽ cách mạng hóa mọi thứ từ pin đến hàng không vũ trụ, nhưng có một vấn đề lớn mà không ai thực sự muốn thảo luận: chi phí graphene vẫn đang kìm hãm toàn bộ ngành.

Hãy để tôi phân tích những gì đang thực sự diễn ra trong thị trường này ngay bây giờ.

Vào đầu những năm 2000, graphene gần như chỉ là một điều thú vị trong phòng thí nghiệm. Hai giáo sư ở Manchester đã dùng băng keo Scotch để bóc lớp graphene khỏi graphite, và đúng vậy, đó là một câu chuyện hay. Nhưng vấn đề là - phương pháp đó tạo ra gần như không có gì. Bạn không thể mở rộng quy mô. Thách thức thực sự luôn là làm thế nào để sản xuất graphene với số lượng thương mại mà không tốn một khoản tiền khổng lồ.

Ngày nay, giá graphene đã giảm mạnh so với những ngày đầu khi một miếng nhỏ bằng tem thư có giá hàng chục nghìn đô la. Nhưng chúng ta vẫn đang nói về một vật liệu có giá dao động từ $100 đến 10.000 đô la mỗi kilogram tùy thuộc vào loại bạn mua. Đó là một phạm vi rất lớn, và lý do đơn giản là: không phải tất cả graphene đều giống nhau.

Phương pháp sản xuất quyết định tất cả. Phương pháp lắng đọng hơi hóa học (CVD) là phương pháp chính để tạo ra graphene chất lượng cao, nhưng nó đắt đỏ. Bạn phải vận hành thiết bị tiên tiến, tiêu thụ nhiều năng lượng, và đối mặt với đủ loại thách thức xử lý. Chi phí graphene sử dụng CVD có thể lên tới 10.000 đô la mỗi kilogram hoặc hơn nữa vì bạn đang nhận được vật liệu cao cấp - loại dùng trong điện tử tiên tiến và hệ thống lưu trữ năng lượng. Nhưng mức giá đó gần như loại bỏ hầu hết các ứng dụng thương mại.

Tiếp theo là graphene oxit, loại rẻ hơn để sản xuất - chỉ khoảng $100 đến $500 mỗi kilogram. Vấn đề là chất lượng thấp hơn. Bạn không thể dùng nó cho màn hình linh hoạt hoặc pin hiệu suất cao. Nó phù hợp cho lọc nước và một số ứng dụng composite, nhưng không phải là cùng loại vật liệu.

Cũng có một mức trung bình - graphene thương mại có giá khoảng $100 đến 1.000 đô la mỗi kilogram. Đây là nơi bạn thấy sự chấp nhận công nghiệp thực sự bắt đầu: lưu trữ năng lượng, cảm biến, composite. Chi phí graphene ở mức này đã trở nên hợp lý đủ để một số nhà sản xuất bắt đầu xem xét.

Điều thay đổi là gì vậy? Các phương pháp sản xuất mới bắt đầu xuất hiện có thể thực sự thay đổi kinh tế. Năm 2021, các nhà nghiên cứu ở Ấn Độ đã phát triển một kỹ thuật súng plasma tạo ra graphene lớp đơn với giá khoảng 1,12 đô la mỗi gram. Thật sự đột phá nếu nó mở rộng quy mô. Họ làm điều đó mà không dùng hóa chất độc hại, không dùng dung môi đắt tiền, và đạt mức độ tinh khiết cao 85% trong 85% trường hợp.

Sau đó, bạn có CleanGraph công bố quy trình độc quyền của họ vào năm 2022 - họ tuyên bố giảm 99% tác động môi trường so với các phương pháp truyền thống. Và mới đây nhất, NanoXplore giới thiệu quy trình tách lớp khô mà được cho là có chi phí vốn thấp hơn các phương pháp dựa trên dung dịch.

Điều thú vị là cuộc trò chuyện về chi phí graphene bắt đầu chuyển từ "liệu có phải là giá cả phải chăng không?" sang "phương pháp sản xuất nào phù hợp với ứng dụng nào?" Ngành công nghiệp đang phân mảnh. Bạn sẽ không dùng graphene CVD giá 10.000 đô la/kg cho keo nhiệt, nhưng nó hợp lý cho nghiên cứu tính toán lượng tử.

Thách thức thực sự hiện nay không còn là chi phí sản xuất nữa - mà là cầu. Hầu hết các phương pháp sản xuất mới này có thể tạo ra graphene rẻ hơn bao giờ hết, nhưng chưa đủ nhu cầu thương mại để mở rộng quy mô lớn. Đó là một vấn đề kiểu gà hoặc quả trứng. Các nhà sản xuất sẽ không đầu tư vào các ứng dụng graphene cho đến khi chi phí giảm thêm, nhưng chi phí sẽ không giảm trừ khi có nhu cầu về khối lượng.

Tuy nhiên, các ứng dụng đang bắt đầu hình thành. Màn hình linh hoạt, pin thế hệ tiếp theo, composite nhẹ cho hàng không vũ trụ - tất cả đều không còn là lý thuyết nữa. Các nhà nghiên cứu tại Georgia Tech thậm chí đã tạo ra một chất bán dẫn graphene có thể thay thế silicon trong một số ứng dụng. Đó là bước đột phá thay đổi mọi thứ.

Các công ty nghiên cứu thị trường dự đoán thị trường graphene sẽ tăng trưởng khoảng 35% mỗi năm đến năm 2030, đạt doanh thu 1,6 tỷ đô la. Các ngành ô tô, hàng không vũ trụ và y tế là nơi dòng tiền thực sự dự kiến sẽ chảy vào. Nếu chỉ một phần nhỏ trong các dự báo đó thành hiện thực, chúng ta sẽ thấy chi phí graphene trở thành yếu tố cạnh tranh hơn là rào cản.

Điều tôi đang theo dõi là liệu bất kỳ phương pháp sản xuất mới nào trong số này có thực sự đạt quy mô thương mại trong vài năm tới không. Nếu phương pháp súng plasma hoặc quy trình tách lớp khô có thể chứng minh được khả năng mở rộng, chúng ta có thể thấy chi phí graphene giảm thêm 50-70%, mở ra các thị trường hoàn toàn mới. Đó chính là điểm chuyển đổi biến câu chuyện này từ vật liệu đặc biệt thành một mặt hàng công nghiệp thực thụ.

Các yếu tố nền tảng đã có. Các ứng dụng đã có. Cần chỉ là phá vỡ mô hình kinh tế sản xuất quy mô lớn. Đó là chương tiếp theo của câu chuyện này.