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パーフルオロアルキル物質とポリフルオロアルキル物質(PFAS)の2024年:新たな用途、代替品、規制


Per- and Polyfluoroalkyl Substances (PFAS) 2024: Emerging Applications, Alternatives, Regulations

PFASとして知られる化学物質群の俗称である「フォーエバーケミカルズ」は、PFASの人体や環境への悪影響に対する懸念が高まるにつれ、世界的に規制圧力が高まっている。この新しいレポート「PFAS:新たな用途、... もっと見る

 

 

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IDTechEx
アイディーテックエックス
2024年3月18日 US$7,000
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サマリー

PFASとして知られる化学物質群の俗称である「フォーエバーケミカルズ」は、PFASの人体や環境への悪影響に対する懸念が高まるにつれ、世界的に規制圧力が高まっている。この新しいレポート「PFAS:新たな用途、代替品、規制」では、IDTechExがデータセンターの熱管理、持続可能な食品包装、電気自動車、5G用低損失材料、水素経済という5つの主要な新たな用途におけるPFASの将来の軌跡を深く掘り下げている。また、主要8カ国におけるPFASに関する現行規制と規制案の包括的評価も行っている。本レポートでは、IDTechExの技術的専門知識を活用して、これらの用途におけるPFASに代わる潜在的な代替品を特定し、業界の知識を活用してこれらの代替品の市場見通しを提示している。
 
「永遠の化学物質」PFASの紹介
PFASとはペルフルオロアルキル物質(per- and polyfluoroalkyl substances)の略で、アルキル鎖に複数のフッ素原子が結合した合成化合物を指します。経済協力開発機構(OECD)によるPFASの広範な定義には、PFOA(パーフルオロオクタン酸)、PFOS(パーフルオロオクタンスルホン酸)、PTFE(ポリテトラフルオロエチレン)など、5,000近くのユニークな化学物質が含まれている。
 
当然のことながら、さまざまなPFAS化学物質の用途は、化学物質群そのものと同じくらい幅広い。特定の化学物質によって、PFASは撥油・撥水、熱安定性、イオン伝導性などの有用な特性を付与することができ、半導体製造、ヘルスケア、焦げ付きにくい調理器具、消火用発泡体など、多くの重要な応用分野に応用できる。
 
なぜPFASに対する懸念が高まっているのか?
これほど多くのPFASが存在し、その用途も多岐にわたる中で、なぜ今、PFASに対する監視の目が高まっているのだろうか。永遠の化学物質」という慣用句は、PFASの重要な問題を示唆している。PFASは難分解性であるだけでなく、隔離された地域であっても多くの環境に存在する。現在、さまざまな要因によって、特定のPFASに暴露され続けると、発がんリスクの増加、発育遅延、ホルモンの問題など、健康に悪影響を及ぼす可能性があるという科学的証拠が増えつつある(米国環境保護庁とOECDによる)。
 
 
PFASの軌跡を変える新たな規制状況
PFASの人体や環境への影響に対する懸念が高まるにつれ、特定のPFASグループの使用に対する規制強化が求められている。最も規制が緩いのはPFASに関する規制がない国で、最も規制が厳しいのはすべての用途でPFASの普遍的な規制を検討している国である。本報告書では、EU、米国、中国、日本など、経済的に関連する8つの異なる地域におけるPFAS規制について考察している。
 
欧州連合(2023年に普遍的PFAS規制案を導入)や米国のメイン州とミネソタ州など、世界経済におけるいくつかの重要な地域が普遍的PFAS規制を検討または採用している。世界中でPFAS規制がこのように複雑に展開される可能性があるため、企業はPFASの既存および提案されている規制を理解し、その潜在的な影響を理解することが不可欠である。本レポートは、さまざまな用途におけるPFASの使用に影響を与える国際的および国内的な法規制の包括的な概要を提供し、広範かつ広範囲に影響を及ぼす潜在的な新規制に焦点を当てている。
 
新たなハイテク用途におけるPFASの代替:重要な検討事項
同様に、無数の異なる用途におけるPFASに影響を与えるこのような広範な法規制により、企業はPFASの潜在的な代替品を検討することが不可欠である。
 
PFASに対する厳しい規制は、新興のハイテク用途において特に大きな影響を与えるだろう。このようなあまり確立されていない市場では、PFASが重要な技術的イネーブラーとして機能することもある。PFASは、燃料電池の膜として、データセンターの浸漬冷却のための冷却剤として、高圧ケーブルの絶縁材料として、あるいは繊維成形パッケージングの撥水コーティングとして使用される可能性がある。したがって、これらの用途におけるPFASの代替物質を特定することは、これらの新興分野の将来の成長にとって重要である。
 
ハイテク分野でPFASを製造または使用する企業にとって、本レポートは、主要な新興応用分野におけるさまざまなPFAS規制の具体的な影響を明らかにするだけでなく、これらの分野におけるPFASの潜在的な代替品も明らかにしている。成長しつつも重要な将来の市場を幅広くカバーする本レポートで分析した主な新興技術分野は以下の5つである:
  • 水素経済における膜
  • データセンターの熱管理
  • 電気自動車
  • 5G用低損失材料
  • 持続可能な食品包装
 
IDTechExの技術的専門知識と業界知識に基づき、本レポートは、これらの新たな用途においてPFASに取って代わる可能性のある主要な代替材料に焦点を当てている。IDTechExは、これらの非PFAS代替材料の市場ポテンシャルの重要な評価を提供するために、その状況、サプライヤー、利点、欠点、機会、課題を分析している。本レポートの読者は、将来のPFAS規制が新興ハイテク産業にどのような影響を与えるかについて明確な理解を得られるだけでなく、これらの産業においてPFASに代わるどのような商業的代替材料や開発中の代替材料が利用可能かについても理解することができる。IDTechExがこの新レポートで提供する情報と分析により、新興技術に関わる読者はPFAS、その潜在的な規制の変化、そして各分野におけるPFASに代わる将来の材料について熟知することができる。
 
本レポートでお答えする主な質問
  • PFASとは何か?
  • 一般的なPFASとは何か、どのように規制されているか?
  • PFASに関する国際的な規制とは?
  • 米国、EU、中国、日本、インドなどでPFASはどのように規制されているか?
  • なぜPFASに対する規制が増加しているのか?
  • 普遍的なPFAS規制は、PFASの将来の使用にどのような影響を与えるのか?
  • PFASを利用する5つの主要新興技術分野とその利用方法とは?
  • 普遍的なPFAS規制は、新たな用途におけるPFASにどのような影響を与えるのか?
  • これらのハイテク産業において、PFASに代わるものはあるか?
  • これらのPFAS代替品の技術的準備と市場浸透度は?
  • これらの代替物質を供給している企業や新興企業は?
  • 様々な産業における様々なPFAS代替品の市場見通しは?
 
主要な側面
本レポートは、様々な新興技術分野におけるPFAS(パーフルオロアルキル物質およびポリフルオロアルキル物質)に対する規制の潜在的影響に関する重要な市場情報を提供し、これらの用途におけるPFASの潜在的代替物質を特定します。
 
8つの異なる地域/国におけるPFASの使用に関する現行および提案されている規制の完全な評価。
  • 各地域におけるPFASを制限する現行法の概要
  • PFASの使用を制限または禁止する主な法律案の特定
  • 対象地域:欧州連合、米国、中国、インド、台湾、韓国、日本
 
PFASを使用するハイテク新興アプリケーションの完全分析
  • 電気自動車、持続可能な食品包装、5G用低損失材料、データセンター用熱管理、水素経済用イオン交換膜の5つの新たな応用分野をカバー。
  • 新たな用途におけるPFASの現在の使用事例のレビュー
  • 主なPFASには、PFOS、PFSAアイオノマー、PTFE、FEP、PFA、HFE、HFOなどが含まれます。
 
主要なハイテク新興用途におけるPFAS代替物質の批判的分析
  • 個々の新興用途における潜在的規制影響の分析
  • PFASの商業的代替材料及び開発中の代替材料の特定
  • PFAS代替材料を開発している主要企業及びサプライヤーに関する議論
  • PFAS代替材料の技術準備レベルと市場可能性の評価
  • 主な代替材料には、炭化水素、グラフェン、有機金属骨格、バイオベース材料、液晶ポリマー、シリコーンゴム、合成エステルなどが含まれる。

 



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目次

1. 要旨
1.1. PFASの紹介
1.2. PFASの確立された応用分野
1.3. PFASの概要:非ポリマーとポリマーの区分
1.4. PFASの悪影響に対する懸念の高まり
1.5. 世界にはさまざまなPFAS規制が存在する
1.6. PFASに関する国際および国内規制の概要
1.7. 一般的なPFASとその規制レベル
1.8. 普遍的なPFAS規制の可能性、代替物質の探索を促す
1.9. PFASの新たな応用分野
1.10. PFAS規制が新たな応用分野に及ぼす潜在的影響
1.11. イオン交換膜(IEM)中のPFAS
1.12. IEM中のPFAS:用途別展望
1.13. データセンターの熱管理におけるPFAS
1.14. 電気自動車(EV)に含まれるPFAS
1.15. 5G用低損失材料のPFAS
1.16. 持続可能な食品包装におけるPFAS
1.17. 新たな用途におけるPFAS代替品の準備レベル
1.18. まとめと結論
2. PFAS入門
2.1. PFASの紹介
2.2. PFASはどこで使用されているのか?
2.3. PFAS化学物質は非ポリマーとポリマーで区分される
2.4. 非重合体PFASのタイプ別分類
2.5. 本報告書で取り上げた一般的なPFASの概要
3. PFAS規則
3.1. PFASに対する規制アプローチの紹介
3.1.1. エッセンシャルユース・アプローチ:化学物質規制の転換?
3.1.2. 世界にはさまざまなPFAS規制が存在する
3.1.3. PFASに関する国際および国内規制の概要
3.2. PFASに関する国際規制
3.2.1. グローバルな規制ストックホルム条約
3.2.2. グローバルな規制ストックホルム条約PFAS関連
3.2.3. グローバルな規制ストックホルム条約PFAS関連
3.3. PFASに関するEU規制
3.3.1. EU規制:PFAS規制の3つの主要方法
3.3.2. EU規制:POPs規制
3.3.3. EU規制:REACH規則における高懸念物質
3.3.4. EUの規制REACHの高懸念物質リストで評価されるPFAS
3.3.5. EU規制高懸念物質リスト(パート1)のためにREACHの下で以前に評価されたPFAS
3.3.6. EU規制高懸念物質リスト(パート2)のためにREACHの下で以前に評価されたPFAS
3.3.7. EU規制PFASポリマーとREACH登録
3.3.8. EU規制:REACH付属書XVII規制物質
3.3.9. EU規制:REACH付属書XVIIに基づくPFAS規制案
3.3.10. EU規制:普遍的PFAS規制案の導入
3.3.11. EU規制:EU REACH PFAS規制提案の内容(1)
3.3.12. EU規制:EU REACH PFAS規制提案の内容(2)
3.3.13. EU規制:EU REACH PFAS規制提案の内容(3)
3.3.14. EU規制:EU REACH PFAS規制提案の内容(4)
3.3.15. EU規制:EU REACH PFAS規制提案の内容(5)
3.3.16. EU規制:EU REACH PFAS規制提案の内容(6)
3.4. 米国のPFAS規制
3.4.1. 米国規制:PFASに関する連邦規制の紹介
3.4.2. 米国の規制PFASに関する重要新規使用規則(SNURs)
3.4.3. 米国規制:TSCAの新規化学物質プログラム
3.4.4. 米国の規制:PFASに関するその他の国家レベルの規制
3.4.5. 米国の規制:PFASに関する法律案
3.4.6. 米国の規制:PFASに関する州の規制
3.5. アジア太平洋諸国のPFAS規制
3.5.1. 中国のPFAS規制
3.5.2. PFASに関する日本の規制
3.5.3. PFASに関する日本の規制適用除外用途
3.5.4. 台湾のPFAS規制
3.5.5. 韓国のPFAS規制
3.5.6. インドのPFAS規制
4. イオン交換膜におけるPFAS
4.1. イオン交換膜の紹介
4.1.1. イオン交換膜
4.2. プロトン交換膜燃料電池・電解槽
4.2.1. 燃料電池の紹介
4.2.2. PEMFCの動作原理
4.2.3. PEMFCの組み立てと材料
4.2.4. 膜の目的
4.2.5. 膜のフォームファクター
4.2.6. 水管理
4.2.7. プロトン交換膜電解槽(PEMEL)
4.2.8. PEMEL膜の展望
4.3. プロトン交換膜
4.3.1. プロトン交換膜の概要
4.3.2. PFSA膜の化学構造
4.3.3. 膜について考慮すべき重要な材料パラメーター
4.3.4. 膜分解プロセスの概要
4.3.5. PFSA膜の概要と主要プレーヤー
4.3.6. 市場をリードする膜素材ナフィオン
4.3.7. ナフィオンの特性とグレード
4.3.8. ナフィオン膜とPFSA膜の長所と短所
4.3.9. 競合する膜素材
4.3.10. 膜の特性ベンチマーク
4.3.11. ゴア、MEAを製造
4.4. PFSA膜の製造
4.4.1. PFSA膜の押出成型プロセス
4.4.2. PFSA膜溶液キャスト法
4.4.3. PFSA膜分散キャスティングプロセス
4.5. PFSA膜のイノベーション
4.5.1. PFSA膜の改良
4.5.2. 膜性能の最適化におけるトレードオフ
4.5.3. ゴア強化SELECTメンブレン
4.5.4. ケムール強化ナフィオン膜
4.5.5. ケマーズのガス再結合触媒添加剤研究
4.6. 代替PEM
4.6.1. PEMFC膜の革新がPEMELに影響を与える可能性 (1/2)
4.6.2. PEMFC膜の技術革新がPEMELに影響を与える可能性 (2/2)
4.6.3. 代替ポリマー材料
4.6.4. 1s1 エネルギー - ホウ素含有膜
4.6.5. PEM燃料電池膜としての炭化水素
4.6.6. 炭化水素膜の評価
4.6.7. 有機金属フレームワーク
4.6.8. 有機金属フレームワークメンブレン:学術研究
4.6.9. MOF複合膜
4.6.10. 膜中のグラフェン
4.6.11. 今後の見通しプロトン交換膜
4.7. 触媒コーティング膜
4.7.1. 膜電極接合体(MEA)の概要
4.7.2. PEMEL vs PEMFC 膜電極アセンブリ
4.7.3. MEAの機能と要件
4.7.4. 代表的な触媒コーティング膜(CCM)
4.7.5. CCM生産技術
4.7.6. 触媒インクの処方 - 重要な考慮事項
4.7.7. コーティング工程の比較
4.7.8. PFSA樹脂サプライヤーの例
4.7.9. 触媒コーティング膜におけるPFASの代替:必要な分野
4.8. レドックスフロー電池
4.8.1. Membranes:レドックスフロー電池 (RFBs)
4.8.2. RFB用PFAS膜メーカー:ゴア
4.8.3. RFB用PFSA膜メーカー
4.8.4. RFB膜の代替素材
5. データセンターの熱管理におけるPFAS
5.1. データセンターの熱管理ニーズ
5.2. GPUの熱設計消費電力(TDP)の推移
5.3. データセンターの冷却方法の概要
5.4. 冷却技術の比較 (1)
5.5. 冷却技術の比較 (2)
5.6. クーラントの比較
5.7. 液冷-ダイレクト・ツー・チップ/コールド・プレートおよび液浸冷却
5.8. 液体冷却 - 単相および二相
5.9. 液冷技術の比較
5.10. クーラント液の比較
5.11. 二相液浸冷却の使用例マイクロソフト
5.12. フッ素系化学物質の減少が二相冷却に影響を与える可能性
5.13. 二相浸漬冷却-テイクオフを始める前にフェーズアウト?
5.14. 液浸クーラント 供給者
5.15. 二相浸漬冷却におけるクーラントのロードマップは?
6. 電気自動車におけるPFAS
6.1. 電気自動車におけるPFASの概要
6.1.1. 電気自動車におけるPFASの応用分野
6.2. EV用高圧ケーブルに含まれるPFAS
6.2.1. EVドライブトレインコンポーネント
6.2.2. EVの高電圧接続
6.2.3. 高圧ケーブル絶縁
6.2.4. 動作温度ベンチマーク
6.2.5. ケーブル絶縁抵抗ベンチマーク
6.2.6. 電気自動車用高圧ケーブルに含まれるPFASの概要
6.3. PFASベースのEV用冷媒
6.3.1. 電気自動車の熱システム・アーキテクチャ
6.3.2. EVの冷却液
6.3.3. EVに使われる液体は何が違うのか?
6.3.4. EV用冷媒
6.3.5. 規制が今後のEV用冷媒動向に影響を与える可能性
6.3.6. PFASフリー冷媒:R744およびR290
6.3.7. EV用PFASフリー冷却剤および冷媒のサプライヤー
6.4. EV用リチウムイオン電池の浸漬冷却におけるPFAS
6.4.1. EVにおける液浸冷却:はじめに
6.4.2. 単相冷却と二相冷却
6.4.3. 浸漬冷却液の要件
6.4.4. 液浸冷却構造
6.4.5. 選手:EV用浸漬液 (1)
6.4.6. 選手:EV用浸漬液 (2)
6.4.7. 選手:EV用浸漬液 (3)
6.4.8. 浸漬流体:密度と熱伝導率
6.4.9. 浸漬型流体:使用温度
6.4.10. 浸漬流体:熱伝導率と比熱
6.4.11. 浸漬液:粘度
6.4.12. 液浸:絶縁破壊電圧
6.4.13. 浸漬液:コスト
6.4.14. 浸漬型流体:概要
6.4.15. EV用液浸冷却のSWOT分析
6.4.16. EV用液浸冷却のIDTechEx展望
6.4.17. 今後の見通しEV用液浸冷却におけるPFASベースのクーラント
7. 5G用低損失材料のPFAS
7.1. 5G、次世代セルラー通信ネットワーク
7.2. 2種類の5G:サブ6GHzとミリ波
7.3. mmWave 5Gにおける低損失材料の新たな可能性
7.4. 5G向け低損失素材の展望
7.5. 5G向け有機PCB材料の進化
7.6. Benchmark of commercial low-loss organic laminates @10 GHz
7.7. 5Gアプリケーションで考慮すべきPTFEの主要特性
7.8. 高周波5G用PTFEラミネートの課題
7.9. 5GにおけるPTFEの主な用途
7.10. 低損失材料に関連するPFAS規制
7.11. 5Gの低損失アプリケーションにおけるPFASに代わる可能性
7.12. 5Gアプリケーションのための商用低損失材料のベンチマーク
7.13. 主要低損失素材サプライヤーの状況
7.14. 液晶ポリマー(LCP)
7.15. ポリパラフェニレンエーテル(PPE
7.16. ポリパラフェニレンオキシド(PPO
7.17. 炭化水素系ラミネート
7.18. 低温同時焼成セラミックス(LTCC)
7.19. 5G用LTCC材料のベンチマーク
7.20. ガラス基板
7.21. 各種ガラス基板のベンチマーク
7.22. 5G PCB/部品向け商用低損失材料の現状と展望
8. 持続可能な食品包装におけるPFAS
8.1. 使い捨てプラスチックに代わる持続可能な包装
8.2. 持続可能なパッケージングのための繊維成形品の紹介
8.3. 持続可能なパッケージングのための成型非木材植物繊維
8.4. 持続可能な食品包装のための成型繊維
8.5. 持続可能な包装のための繊維成形品の課題
8.6. 持続可能な包装のための再生紙
8.7. 食品包装に含まれるPFAS
8.8. 規制当局による監視の強化食品包装に含まれるPFAS
8.9. 持続可能な食品包装用途におけるPFAS代替物質の概要
8.10. ソレニス:食品包装用PFASフリーコーティングのサプライヤー
8.11. セルロースとナノセルロースの紹介
8.12. ナノセルロースの形態
8.13. 包装用ナノセルロース
8.14. 再生紙パッケージの革新
8.15. 持続可能な食品包装におけるPFASコーティングの代替品のまとめ
8.16. IDTechEx'の新興技術に関する研究ポートフォリオ
9. 会社概要
9.1. 1s1 エネルギー
9.2. エルケムシリコーン
9.3. エンジニアード・フルード
9.4. エンプロ工業(5Gおよび衛星通信用PTFE材料)
9.5. FUCHS: EV用誘電体浸漬液
9.6. フマテック
9.7. イオノマー・イノベーションズ(2022年)
9.8. イオノマー・イノベーションズ(2024年)
9.9. 京セラ:5Gマテリアル
9.10. M&Iマテリアルとファラデーの未来:液浸冷却
9.11. ニューモフ
9.12. パナソニック:5Gマテリアル
9.13. 昭和電工グループ5G材料
9.14. ソルベイスペシャルティポリマー
9.15. ヴァイトマン・ファイバー・テクノロジー
9.16. エクシング・モビリティカストロールとHKS
9.17. エクシング・モビリティ液浸冷却バッテリー

 

 

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Summary

この調査レポートでは、IDTechExがデータセンターの熱管理、持続可能な食品包装、電気自動車、5G用低損失材料、水素経済という5つの主要な新たな用途におけるPFASの将来の軌跡について詳細に調査・分析しています。
 
主な掲載内容(目次より抜粋)
  • PFAS規則
  • イオン交換膜におけるpfas
  • データセンターの熱管理におけるPFAS
  • 電気自動車におけるpfas
  • 5G用低損失材料におけるPFAS
  • 持続可能な食品包装におけるPFAS
  • 会社概要
 
Report Summary
"Forever chemicals", the colloquial term for the family of chemicals known as PFAS, is coming under increasing regulatory pressure globally as concerns over the negative effects of PFAS on human health and the environment are mounting. In this new report, "PFAS: Emerging Applications, Alternatives, and Regulations", IDTechEx dives deeply to explore the future trajectory of PFAS in five key emerging applications: thermal management for data centers, sustainable food packaging, electric vehicles, low-loss materials for 5G, and the hydrogen economy. This is accompanied by comprehensive assessment of current and proposed regulations on PFAS in eight key countries. In this report, IDTechEx leverages its technical expertise to identify potential alternatives to replace PFAS in these applications and uses industry knowledge to offer market outlooks for these alternatives.
 
Introducing the "forever chemical" family - PFAS
PFAS stands for per- and polyfluoroalkyl substances and refers to synthetic chemical compounds that contain multiple fluorine atoms attached to an alkyl chain. The broad definition of PFAS by the Organization of Economic Cooperation and Development (OECD) encompasses nearly 5,000 unique chemicals, including PFOA (perfluorooctanoic acid), PFOS (perfluorooctane sulfonate) and PTFE (polytetrafluoroethylene).
 
Unsurprisingly, the applications of different PFAS chemicals are nearly as broad as the chemical family itself. Depending on the specific chemical, PFAS can confer helpful properties such as oil and water repellence, thermal stability, ionic conductivity, and more, making it applicable in many important application sectors including semiconductor manufacturing, healthcare, non-stick cookware, and firefighting foams.
 
Why are concerns over PFAS rising?
With so many PFAS and just as many applications for them, why are PFAS now coming under increased scrutiny? The colloquialism "forever chemicals" hints to a key issue for PFAS: its persistence in humans, wildlife, and the environment. Not only is PFAS persistent, but they can also be found in many environments, even isolated areas; as such, there is increased exposure to PFAS through a variety of sources. Now, scientific evidence is growing that, depending on different factors, continued exposure to specific PFAS may lead to negative health effects, such as increased risk of cancer, developmental delays, and hormonal issues (per the US Environmental Protection Agency and the OECD).
 
 
A new regulatory landscape changing the trajectory of PFAS
With growing concerns over the impact of PFAS on human health and the environment, there are pushes for increased regulations on the use of certain groups of PFAS. Individual countries have taken different approaches on PFAS; on the least-restricted end are countries with no regulations on PFAS, while the heaviest level of regulation would be the countries considering universal PFAS restrictions in all applications. This report considers the regulations on PFAS in eight different economically relevant regions, including the European Union, the USA, China, Japan, and more.
 
Several important regions in the global economy are considering or adopting universal PFAS restrictions, including the European Union (which introduced its universal PFAS restriction proposal in 2023) and the US states of Maine and Minnesota. With such a complicated landscape of PFAS regulations potentially developing worldwide, it is essential for businesses to understand existing and proposed regulations for PFAS to understand its potential effect on them. This report provides a comprehensive overview of international and national legislation impacting the use of PFAS in different applications, highlighting potential new regulations with broad and far-reaching implications.
 
Alternatives for PFAS in emerging high-tech applications: a critical consideration
Similarly, with such broad legislation impacting PFAS in countless different applications, it is essential for businesses to consider potential alternatives for PFAS.
 
Heavy regulations on PFAS would be particularly impactful in emerging high-tech applications. In these less-established markets, PFAS can sometimes act as key technology enablers. PFAS could be used as membranes in fuel cells, as coolants for immersion cooling in data centers, as insulating materials in high voltage cables, or as moisture-repelling coatings in molded fiber packaging. Therefore, identifying replacements for PFAS in those applications will be important for the future growth of those emerging areas.
 
For businesses manufacturing or using PFAS in high-tech fields, this report not only identifies the specific impact of different PFAS regulations in key emerging application areas, but it also identifies potential alternatives for PFAS in these areas. Covering a broad range of growing yet critical future markets, the five main emerging technology areas analyzed in this report are:
  • Membranes in the hydrogen economy
  • Thermal management for data centers
  • Electric vehicles
  • Low-loss materials for 5G
  • Sustainable food packaging
 
Drawing on IDTechEx's technical expertise and industry knowledge, this report highlights the key material alternatives that could potentially replace PFAS in these emerging applications. These alternatives may be at different stages of technology readiness and market maturity, so IDTechEx analyzes their status, suppliers, advantages, disadvantages, opportunities, and challenges to provide a critical assessment of these non-PFAS alternatives' market potential. Readers of this report will not only gain a clear understanding of how future PFAS regulations may impact nascent high-tech industries but also what commercial and developing alternative materials are available to replace PFAS in these industries. With the information and analysis provided by IDTechEx in this new report, readers connected with emerging technologies will be well-versed on PFAS, its potential regulatory shifts, and future materials to replace PFAS in their fields.
 
Key questions answered in this report:
  • What are PFAS?
  • What are common PFAS and how are they regulated?
  • What are international regulations on PFAS?
  • How are PFAS regulated in the USA, EU, China, Japan, India, and more?
  • Why are there increasing regulations on PFAS?
  • How will universal PFAS restrictions impact future usage of PFAS?
  • What are the five key emerging technology areas utilizing PFAS and how are they utilizing them?
  • How will universal PFAS restrictions impact PFAS in emerging applications?
  • Are there alternatives for PFAS in these high-tech industries?
  • What is the technology readiness and market penetration for these PFAS alternatives?
  • Which companies and startups are supplying these alternatives?
  • What is the market outlook for different PFAS alternatives in different industries?
 
Key aspects
This report provides critical market intelligence on the potential impact of regulations on PFAS (per- and polyfluoroalkyl substances) in different emerging technology areas and identifies potential replacements for PFAS in those applications.
 
A full assessment of current and proposed regulations on the use of PFAS in eight different regions/countries.
  • Overview of current legislation restricting PFAS in each region
  • Identification of key proposed legislation restricting or banning the use of PFAS
  • Regions covered include the European Union, United States of America, China, India, Taiwan, South Korea, Japan
 
Full analysis of high-tech emerging applications using PFAS
  • Five emerging application areas covered: electric vehicles, sustainable food packaging, low-loss materials for 5G, thermal management for data centers, and ion exchange membranes for the hydrogen economy.
  • Review of current use cases for PFAS in emerging applications
  • Key PFAS covered includes PFOS, PFSA ionomer, PTFE, FEP, PFA, HFEs, HFOs, etc.
 
Critical analysis of alternatives for PFAS in key high-tech emerging applications
  • Analysis of potential regulatory impacts in individual emerging applications
  • Identification of commercial and developing alternative materials for PFAS
  • Discussion of key players and suppliers developing alternatives for PFAS materials
  • Assessment of technology readiness level and market potential for PFAS alternatives
  • Key alternative materials covered include hydrocarbons, graphene, metal-organic frameworks, biobased materials, liquid crystal polymers, silicone rubber, synthetic esters, etc.


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Table of Contents

1. EXECUTIVE SUMMARY
1.1. Introduction to PFAS
1.2. Established application areas for PFAS
1.3. Overview of PFAS: segmented by non-polymers vs polymers
1.4. Growing concerns about the negative impact of PFAS
1.5. A spectrum of PFAS regulations exists globally
1.6. Summary of international and national regulations on PFAS
1.7. Common PFAS and their level of regulation
1.8. Potential universal PFAS restrictions prompting a search for alternatives
1.9. Emerging application areas for PFAS
1.10. Potential impacts of PFAS regulations on emerging application areas
1.11. PFAS in ion exchange membranes (IEMs)
1.12. PFAS in IEMs: outlook by application
1.13. PFAS in thermal management for data centers
1.14. PFAS in electric vehicles (EVs)
1.15. PFAS in low-loss materials for 5G
1.16. PFAS in sustainable food packaging
1.17. Readiness level of PFAS alternatives in emerging applications
1.18. Summary and conclusions
2. INTRODUCTION TO PFAS
2.1. Introduction to PFAS
2.2. Where are PFAS used?
2.3. PFAS chemicals segmented by non-polymers vs polymers
2.4. Non-polymeric PFAS segmented by type
2.5. Summary of common PFAS discussed in this report
3. REGULATIONS ON PFAS
3.1. Introduction to Regulatory Approaches for PFAS
3.1.1. Essential-use approach: a shift in regulating chemicals?
3.1.2. A spectrum of PFAS regulations exists globally
3.1.3. Summary of international and national regulations on PFAS
3.2. International Regulations on PFAS
3.2.1. Global regulation: Stockholm Convention
3.2.2. Global regulation: Stockholm Convention as relevant to PFAS
3.2.3. Global regulation: Stockholm Convention as relevant to PFAS
3.3. EU Regulations on PFAS
3.3.1. EU regulations: three primary methods of regulating PFAS
3.3.2. EU regulations: the POPs Regulation
3.3.3. EU regulations: substances of very high concern under REACH
3.3.4. EU regulations: PFAS being evaluated under REACH for the substances of very high concern list
3.3.5. EU regulations: PFAS previously evaluated under REACH for the substances of very high concern list (part 1)
3.3.6. EU regulations: PFAS previously evaluated under REACH for the substances of very high concern list (part 2)
3.3.7. EU regulations: PFAS polymers and REACH registration
3.3.8. EU regulations: substances restricted under Annex XVII of REACH
3.3.9. EU regulations: proposed PFAS restrictions under Annex XVII of REACH
3.3.10. EU regulations: introduction of the universal PFAS restriction proposal
3.3.11. EU regulations: contents of the EU REACH PFAS restriction proposal (1)
3.3.12. EU regulations: contents of the EU REACH PFAS restriction proposal (2)
3.3.13. EU regulations: contents of the EU REACH PFAS restriction proposal (3)
3.3.14. EU regulations: contents of the EU REACH PFAS restriction proposal (4)
3.3.15. EU regulations: contents of the EU REACH PFAS restriction proposal (5)
3.3.16. EU regulations: contents of the EU REACH PFAS restriction proposal (6)
3.4. USA Regulations on PFAS
3.4.1. USA regulations: introduction to federal regulations on PFAS
3.4.2. USA regulations: Significant New Use Rules (SNURs) on PFAS
3.4.3. USA regulations: the TSCA's New Chemicals Program
3.4.4. USA regulations: other national-level regulations on PFAS
3.4.5. USA regulations: proposed legislation on PFAS
3.4.6. USA regulations: state regulations on PFAS
3.5. Regulations in Asia-Pacific Countries on PFAS
3.5.1. China regulations on PFAS
3.5.2. Japan regulations on PFAS
3.5.3. Japan regulations on PFAS: exempted uses
3.5.4. Taiwan regulations on PFAS
3.5.5. South Korea regulations on PFAS
3.5.6. India regulations on PFAS
4. PFAS IN ION EXCHANGE MEMBRANES
4.1. Introduction to Ion Exchange Membranes
4.1.1. Ion Exchange Membranes
4.2. Proton Exchange Membrane: Fuel Cells & Electrolyzers
4.2.1. Introduction to fuel cells
4.2.2. PEMFC working principle
4.2.3. PEMFC assembly and materials
4.2.4. Purpose of the membrane
4.2.5. Form factor of the membrane
4.2.6. Water management
4.2.7. Proton exchange membrane electrolyzer (PEMEL)
4.2.8. Outlook for PEMEL membranes
4.3. Proton Exchange Membranes
4.3.1. Proton exchange membrane overview
4.3.2. Chemical structure of PFSA membranes
4.3.3. Important material parameters to consider for the membrane
4.3.4. Membrane degradation processes overview
4.3.5. Overview of PFSA membranes & key players
4.3.6. Market leading membrane material: Nafion
4.3.7. Nafion properties & grades
4.3.8. Pros & cons of Nafion & PFSA membranes
4.3.9. Competing membrane materials
4.3.10. Property benchmarking of membranes
4.3.11. Gore manufacture MEAs
4.4. Manufacturing PFSA Membranes
4.4.1. PFSA membrane extrusion casting process
4.4.2. PFSA membrane solution casting process
4.4.3. PFSA membrane dispersion casting process
4.5. Innovations in PFSA Membranes
4.5.1. Improvements to PFSA membranes
4.5.2. Trade-offs in optimizing membrane performance
4.5.3. Gore reinforced SELECT membranes
4.5.4. Chemours reinforced Nafion membranes
4.5.5. Chemours gas recombination catalyst additive research
4.6. Alternative PEMs
4.6.1. Innovations in PEMFC membranes may influence PEMEL (1/2)
4.6.2. Innovations in PEMFC membranes may influence PEMEL (2/2)
4.6.3. Alternative polymer materials
4.6.4. 1s1 Energy - boron-containing membrane
4.6.5. Hydrocarbons as PEM fuel cell membranes
4.6.6. Assessment of hydrocarbon membranes
4.6.7. Metal-organic frameworks
4.6.8. Metal-organic frameworks for membranes: academic research
4.6.9. MOF composite membranes
4.6.10. Graphene in the membrane
4.6.11. Outlook for Proton Exchange Membranes
4.7. Catalyst Coated Membranes
4.7.1. Membrane electrode assembly (MEA) overview
4.7.2. PEMEL vs PEMFC membrane electrode assembly
4.7.3. MEA functions & requirements
4.7.4. Typical catalyst coated membrane (CCM)
4.7.5. CCM production technologies
4.7.6. Catalyst ink formulation - key considerations
4.7.7. Comparison of coating processes
4.7.8. Examples of PFSA resin suppliers
4.7.9. Alternatives to PFAS in catalyst coated membranes: an area of need
4.8. Redox Flow Batteries
4.8.1. Membranes: Redox Flow Batteries (RFBs)
4.8.2. PFAS membrane manufacturers for RFBs: Gore
4.8.3. PFSA membrane manufacturers for RFBs
4.8.4. Alternative materials for RFB membranes
5. PFAS IN THERMAL MANAGEMENT FOR DATA CENTERS
5.1. Thermal management needs for data centers
5.2. Trend of thermal design power (TDP) of GPUs
5.3. Overview of cooling methods for data centers
5.4. Cooling technology comparison (1)
5.5. Cooling technology comparison (2)
5.6. Coolant comparison
5.7. Liquid cooling - direct-to-chip/cold plate and immersion cooling
5.8. Liquid cooling - single-phase and two-phase
5.9. Comparison of liquid cooling technologies
5.10. Coolant fluid comparison
5.11. Two phase immersion cooling use case: Microsoft
5.12. A potential decline in fluorinated chemicals may impact two-phase cooling
5.13. Two-phase immersion cooling - phase out before starting to take off?
5.14. Immersion coolant liquid suppliers
5.15. What is the roadmap for coolants in two-phase immersion cooling?
6. PFAS IN ELECTRIC VEHICLES
6.1. Overview of PFAS in Electric Vehicles
6.1.1. Application areas for PFAS in electric vehicles
6.2. PFAS in High-Voltage Cables for EVs
6.2.1. EV Drivetrain components
6.2.2. High voltage connections in an EV
6.2.3. High voltage cable insulation
6.2.4. Operating temperature benchmark
6.2.5. Cable insulation resistance benchmark
6.2.6. Summary of PFAS in high-voltage cables for electric vehicles
6.3. PFAS-Based Refrigerants for EVs
6.3.1. Thermal system architecture of electric vehicles
6.3.2. Coolant fluids in EVs
6.3.3. What is different about fluids used for EVs?
6.3.4. Refrigerant for EVs
6.3.5. Regulations may impact future refrigerant trends for EVs
6.3.6. PFAS-free refrigerants: R744 and R290
6.3.7. Suppliers of PFAS-free coolants and refrigerants for EVs
6.4. PFAS in Immersion Cooling for Li-ion Batteries in EVs
6.4.1. Immersion cooling in EVs: introduction
6.4.2. Single-phase vs two-phase cooling
6.4.3. Immersion cooling fluids requirements
6.4.4. Immersion cooling architecture
6.4.5. Players: immersion fluids for EVs (1)
6.4.6. Players: immersion fluids for EVs (2)
6.4.7. Players: immersion fluids for EVs (3)
6.4.8. Immersion fluids: density and thermal conductivity
6.4.9. Immersion fluids: operating temperature
6.4.10. Immersion fluids: thermal conductivity and specific heat
6.4.11. Immersion fluids: viscosity
6.4.12. Immersion fluids: breakdown voltage
6.4.13. Immersion fluids: costs
6.4.14. Immersion fluids: summary
6.4.15. SWOT analysis of immersion cooling for EVs
6.4.16. IDTechEx outlook of immersion cooling for EVs
6.4.17. Outlook for PFAS-based coolants in immersion cooling for EVs
7. PFAS IN LOW-LOSS MATERIALS FOR 5G
7.1. 5G, next generation cellular communications network
7.2. Two types of 5G: Sub-6 GHz and mmWave
7.3. New opportunities for low-loss materials in mmWave 5G
7.4. Landscape of low-loss materials for 5G
7.5. Evolution of organic PCB materials for 5G
7.6. Benchmark of commercial low-loss organic laminates @ 10 GHz
7.7. Key properties of PTFE to consider for 5G applications
7.8. Challenges of using PTFE-based laminates for high frequency 5G
7.9. Key applications of PTFE in 5G
7.10. Regulations on PFAS as relevant to low-loss materials
7.11. Potential alternatives to PFAS for low-loss applications in 5G
7.12. Benchmarking of commercial low-loss materials for 5G applications
7.13. Landscape of key low-loss materials suppliers
7.14. Liquid crystal polymers (LCP)
7.15. Poly(p-phenylene ether) (PPE)
7.16. Poly(p-phenylene oxide) (PPO)
7.17. Hydrocarbon-based laminates
7.18. Low temperature co-fired ceramics (LTCC)
7.19. Benchmark of LTCC materials for 5G
7.20. Glass substrate
7.21. Benchmark of various glass substrates
7.22. Status and outlook of commercial low-loss materials for 5G PCBs/components
8. PFAS IN SUSTAINABLE FOOD PACKAGING
8.1. Sustainable packaging alternatives to single-use plastics
8.2. Introduction to molded fiber for sustainable packaging
8.3. Molded non-wood plant fiber for sustainable packaging
8.4. Molded fiber for sustainable food packaging
8.5. Challenges for molded fiber for sustainable packaging
8.6. Recycled paper for sustainable packaging
8.7. PFAS in food packaging
8.8. Increasing regulatory scrutiny on PFAS in food packaging
8.9. Overview of alternatives to PFAS in sustainable food-packaging applications
8.10. Solenis: supplier of PFAS-free coatings for food packaging
8.11. Introduction to cellulose and nanocellulose
8.12. Forms of nanocellulose
8.13. Nanocellulose for packaging
8.14. Innovations for recycled paper packaging
8.15. Summary of alternatives to PFAS coatings in sustainable food packaging
8.16. IDTechEx's research portfolio on emerging technologies
9. COMPANY PROFILES
9.1. 1s1 Energy
9.2. Elkem Silicones
9.3. Engineered Fluids
9.4. EnPro Industries (PTFE materials for 5G and satellite communication)
9.5. FUCHS: Dielectric Immersion Fluids for EVs
9.6. Fumatech
9.7. Ionomr Innovations (2022)
9.8. Ionomr Innovations (2024)
9.9. Kyocera: 5G Materials
9.10. M&I Materials and Faraday Future: Immersion Cooling
9.11. NovoMOF
9.12. Panasonic: 5G Materials
9.13. Showa Denko Group: 5G Materials
9.14. Solvay Specialty Polymers
9.15. Weidmann Fiber Technology
9.16. XING Mobility: Castrol and HKS
9.17. XING Mobility: Immersion-Cooled Batteries

 

 

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