金属有機骨格(MOF)2024-2034:市場、技術、プレーヤーMetal-Organic Frameworks (MOFs) 2024-2034: Market, Technology, and Players 有機金属骨格(MOF)は、非常に高い気孔率と表面積(最大7000m2/g)を持つ材料の一種である。MOFが提供する設計の柔軟性と構造の多様性は、歴史的に何度か商業化の試みが失敗に終わったとはいえ、多くの応用に... もっと見る
日本語のページは自動翻訳を利用し作成しています。
サマリー
有機金属骨格(MOF)は、非常に高い気孔率と表面積(最大7000m2/g)を持つ材料の一種である。MOFが提供する設計の柔軟性と構造の多様性は、歴史的に何度か商業化の試みが失敗に終わったとはいえ、多くの応用において広く関心を集めてきた。しかし、これらの材料の調整可能性、サイクル安定性、および選択的吸着/脱着特性は、重要なエネルギーを大量に消費する様々な技術のためのエネルギー効率の高い代替物としての商業化の機会を開いている。これには、炭素捕捉、飲料水製造やHVACシステム用の水の採取、様々な化学分離・精製プロセス(冷媒再生やリチウムの直接抽出など)が含まれる。
IDTechExのレポートでは、これらの傾向を独自に分析し、水素貯蔵、エネルギー貯蔵、センサーなど、他のいくつかの初期段階技術へのMOFの応用について考察している。一次調査から得た洞察に基づき、同レポートはこの分野の主要プレイヤーを分析し、年間の大量需要と市場価値を用途別に区分した市場予測を提供している。
図1:商業用途に向けたMOFの価格推移。出典:IDTechEx
MOFの製造
工業的な導入は、材料の入手可能性、品質、手頃な価格に左右される。研究室で開発されるMOFのほとんどは、ミリグラム・スケールのソルボサーマル法を用いて合成される。工業的規模でMOFを製造するには、製造方法がスケーラブルである必要がある。さらに、原料の入手可能性は、MOFの商業的実行可能性を決定する重要な要素である。10万を超える構造が報告されているが、商業化の可能性のある基準を満たすものはほんの一握りである。本レポートは、BASFやPromethean Particlesなどの主要企業とのインタビューから得た重要な洞察を用いて、MOF生産を大規模化するためにメーカーが行っている様々なアプローチの利点と課題を批判的に評価している。一次調査に基づき、MOFの生産コスト、ひいては販売価格に影響を与える要因についても言及している。
炭素回収のためのMOF
炭素回収技術の導入は、ネット・ゼロ・エミッション目標を達成するための重要な手段である。しかし、CO2を捕捉するためのアミン溶媒ベースの方法(すなわち、アミンスクラビング)はかなりのレベルで成熟しているにもかかわらず、主に溶媒再生に伴う多額の設置コストとエネルギー消費により、その導入はまだ限定的である。MOFベースのモジュール式固体吸着剤による炭素捕捉システムは、溶剤ベースのシステムと比べて、吸着剤再生に必要なエネルギーが大幅に削減され、吸着剤の安定性、CO2選択性が改善され、設備投資が抑えられることから、勢いを増しています。本レポートでは、捕捉性能を調整するための材料特性と戦略を検証し、点源および直接空気捕捉アプリケーションの進展を評価する。Nuada、AspiraDACなどのプレーヤーへのインタビューを通じて、プレーヤーが開発中のシステムの市場活動と展望を、技術準備レベルと商業的機会の比較とともに取り上げている。
ウォーターハーベスティングとHVAC技術のためのMOF
高度な吸着剤(例えばMOFs)を使用した大気集水(AWH)技術は、伝統的な水源が限られている地域で水資源を利用する機会を提供する。さらに、MOFの水吸着・脱着特性によって誘発される加熱・冷却効果は、従来の蒸気圧縮冷凍技術と比較して、最大70%削減された電力消費量で運転できる暖房・換気・空調(HVAC)システムにも利用できる。これはHVACシステムによるエネルギー消費の削減を促進することができる。HVACシステムは現在、全世界の電力消費の10%を占めており、特にアジア市場における需要の急増に伴い、2050年までに3倍になると予想されている。さらに、キガリ修正条項に沿ってHFC冷媒の大幅な生産削減が見込まれており、MOFベースのシステムは実行可能な代替手段となり得る。IDTechExのレポートでは、MOFを統合したAWHおよびHVACシステムの材料と技術の進歩を取り上げ、他の吸着剤との主要性能指標を比較している。また、これらの技術の開発と商業化の最前線にいる主要プレーヤーにもスポットを当てている。
化学分離と精製のためのMOF
化学物質の分離と精製は、化学生産、鉱業、石油・ガス精製などの製造業の中核をなす作業である。従来の蒸留ベースの熱化学分離プロセスには大きな欠点があり、大きな空間的フットプリント、多額の資本支出を必要とし、非常にエネルギー集約的である。世界的に見ると、これは総エネルギー消費量の10~15%を占めると推定されている。MOFの調整可能な化学選択性と制御可能な細孔構造により、固体吸着剤または膜として使用した場合、化学物質の選択的分離が可能になる。例えば、MOFベースの膜メーカーであるUniSieve社はIDTechExに対し、同社の非熱膜技術を用いて沸点が〜5℃以内の化学物質の分離を実証したと述べている。冷媒再生、リチウムの直接抽出、バイオガスのアップグレード、ポリマーグレードのプロピレン生産などのガス分離・精製プロセスなどの応用における進歩が、本レポートで評価されている。
ガス貯蔵用MOFとその他の初期段階用途
米国のMOFメーカーNumatは、半導体産業向けドーパントガス貯蔵用のION-Xシリーズを商品化した。いくつかの新興企業も、ガス供給ネットワークをサポートするMOFベースの天然ガス貯蔵ソリューションのプロトタイプを開発しているが、水素貯蔵アプリケーションの開発は遅れている。エネルギー貯蔵、触媒作用、センサーなど、本レポートでは他にもいくつかの初期段階の応用例を取り上げている。しかし、これらは一般的に学術文献で研究されており、新興企業による研究開発の例は限られている。
MOFの多様な応用は、特にMOFがエネルギー消費と運用コストの大幅な削減につながる応用において、MOFベースの技術を採用する大きな可能性を示している。これには、炭素捕捉、化学分離、HVACシステムなどが含まれる。しかし、これらの技術はまだ工業規模で実証されておらず、新規技術はリスクが高いと考えられ、これが早期採用の障壁となる可能性がある。さらに、主要ターゲット市場では既存技術が牙城を築いており、MOFは市場シェアの獲得に苦戦する可能性がある。今後10年間にいくつかの商業製品が登場するため、MOFベースの技術は、その性能をスケールで実証する必要がある。これはまた、スケーラブルな方法を用いた製造能力の持続的成長によって補完されなければならない。IDTechExは、この市場が2024年から2034年にかけて年平均成長率34.8%で成長すると予測している。
図2:MOFの予測と成長率。出典:IDTechEx
主要な側面
本レポートは、有機金属骨格(MOF)材料、製造方法、価格に関する考察、およびいくつかの主要な新興用途に関する主要な市場洞察を提供しています。
本レポートはMOFの概要を提供し、材料生産と規模拡大戦略に関する重要な評価を行っている:
材料特性と分析、市場活動、既存技術との主な比較などが、以下を含む主要用途について評価されている:
また、10年間の市場予測と分析も行っている:
目次
Summary
この調査レポートは、有機金属骨格(MOF)材料、製造方法、価格に関する考察、およびいくつかの主要な新興用途に関する市場洞察を提供しています。
主な掲載内容(目次より抜粋)
Report Summary
Metal-organic frameworks (MOFs) are a class of materials with exceptionally high porosity and surface area (up to 7000m2/g). The design flexibility and structural versatility afforded by MOFs have attracted widespread interest in numerous applications albeit with several unsuccessful attempts to commercialize the materials historically. However, the tunability, cycling stability, and selective adsorption/desorption characteristics of these materials are opening opportunities for commercialization as energy-efficient alternatives for a range of critical energy-intensive technologies. These include carbon capture, water harvesting for potable water production and HVAC systems, and various chemical separations and purification processes (e.g. refrigerant reclamation and direct lithium extraction).
IDTechEx's report offers an independent analysis of these trends and considers applications of MOFs for several other early-stage technologies, including hydrogen storage, energy storage, sensors, and more. Informed by insights gained from primary research, the report analyzes key players in the field and provides market forecasts in terms of yearly mass demand and market value segmented by application.
Figure 1: The evolution of the price of MOFs towards commercial applications. Source: IDTechEx
Manufacturing MOFs
Industrial implementation depends on material availability, quality, and affordability. Most MOFs developed in research labs are synthesized using solvothermal methods on the milligrams scale. To produce MOFs on an industrial scale, the production methods need to be scalable. In addition, raw material availability is a critical factor in determining the commercial viability of a MOF. With over 100,000 reported structures, only a handful meet the criteria for potential commercialization. Using key insights gained from interviews with key players such as BASF and Promethean Particles, this report critically assesses the merits and challenges of the various approaches undertaken by manufacturers to upscale MOF production. Informed by primary research, the factors that impact the production costs and ultimately the selling price of MOFs are also addressed.
MOFs for Carbon Capture
Deploying carbon capture technologies is an important tool for meeting net zero emission goals. However, despite the fair level of maturity of amine solvent-based methods (i.e. amine scrubbing) to capture CO2, deployment is still limited mainly due to the large installation cost and energy consumption associated with solvent regeneration. MOF-based modular solid sorbent carbon capture systems are gaining momentum, driven by significantly reduced energy requirements for sorbent regeneration, improved sorbent stability, CO2 selectivity, and lower capital expenditure compared to solvent-based systems. This report examines the material properties and strategies to tune capture performance and assesses the progress in point source and direct air capture applications. Through interviews with players such as Nuada, AspiraDAC, and others, the market activity and outlook of systems being developed by players are addressed with comparisons of technology readiness levels and commercial opportunity.
MOFs for water harvesting and HVAC Technologies
Atmospheric water harvesting (AWH) technologies using advanced sorbents (e.g. MOFs) offer an opportunity to harness water resources in regions where traditional water sources are limited. Additionally, heating and cooling effects induced by water adsorption and desorption properties of MOFs can also be used for heating, ventilation, and air conditioning (HVAC) systems that can operate with up to 70% reduced electricity consumption compared to conventional vapor compression refrigeration technologies. This can facilitate the reduction in energy consumption by HVAC systems which currently account for ~10% of all global electricity consumption and is expected to triple by 2050 with the surge in demand, especially in the Asian market. Additionally, a significant reduction in the production of HFC refrigerants is expected in line with the Kigali Amendment and MOF-based systems can prove a viable alternative. IDTechEx's report covers material and technology advances in AWH and HVAC systems that integrate MOFs and compares the key performance metrics with other sorbents. The report also highlights the key players at the forefront of developing and commercializing these technologies.
MOFs for Chemical Separations and Purification
Chemical separation and purification constitute core operations of manufacturing industries such as chemical production, mining, and oil and gas refining. Conventional distillation-based thermal chemical separation processes have significant drawbacks: they require a large spatial footprint, substantial capital expenditure, and are very energy-intensive. Globally, this accounts for an estimated ~10-15% of total energy consumption. The tunable chemical selectivity and controllable pore architecture of MOFs enable selective separation of chemicals when used as solid sorbents or membranes. For example, MOF-based membrane manufacturer UniSieve told IDTechEx that it has demonstrated the separation of chemicals that have boiling points within ~5°C using its non-thermal membrane technology, which otherwise would require energy-intensive thermal separation using ~100m high distillation columns. Advances in applications such as refrigerant reclamation, direct lithium extraction, and several gas separation and purification processes such as biogas upgrading, and polymer grade propylene production, and more are evaluated within the report.
MOFs for Gas Storage and Other Early-Stage Applications
MOFs are also being explored for gas storage applications, with US-based MOF manufacturer Numat having commercialized its ION-X range for storage of dopant gases for the semiconductor industry. Several start-ups are also developing prototypes of MOF-based natural gas storage solutions to support gas supply networks, whilst developments in hydrogen storage applications are lagging. There are several other early-stage applications discussed in the report such as energy storage, catalysis, sensors, and more. However, these are generally studied in academic literature with limited examples of R&D conducted by startup companies.
The varied applications of MOFs present a large scope for the adoption of MOF-based technologies, particularly in applications where MOFs can result in a material reduction in energy consumption and operational costs. These include carbon capture, chemical separations, and HVAC systems. However, these technologies have not yet been demonstrated on an industrial scale and novel technologies can be considered risky which may become a barrier to early adoption. Additionally, incumbent technologies have a stronghold in the key target markets, and MOFs may struggle to gain market share. With the advent of several commercial products over the next decade, MOF-based technologies will need to demonstrate their performance at scale. This must also be complemented by a sustained growth in manufacturing capacity using scalable methods. IDTechEx predicts this market will grow at 34.8% CAGR from 2024 to 2034.
Figure 2: Forecast and growth rate of MOFs. Source: IDTechEx
Key aspects
This report provides key market insights into metal-organic frameworks (MOF) materials, manufacturing methods, pricing considerations, and several key emerging applications.
The report provides an overview of MOFs, with critical assessment of material production and upscaling strategies:
Material properties and analysis, market activity, key comparisons with incumbent technologies and more are evaluated for key applications, including:
The report also provides 10 year market forecasts & analysis:
Table of Contents
ご注文は、お電話またはWEBから承ります。お見積もりの作成もお気軽にご相談ください。本レポートと同分野の最新刊レポート
IDTechEx 社の最新刊レポート本レポートと同じKEY WORD(MOFs)の最新刊レポート
よくあるご質問IDTechEx社はどのような調査会社ですか?IDTechExはセンサ技術や3D印刷、電気自動車などの先端技術・材料市場を対象に広範かつ詳細な調査を行っています。データリソースはIDTechExの調査レポートおよび委託調査(個別調査)を取り扱う日... もっと見る 調査レポートの納品までの日数はどの程度ですか?在庫のあるものは速納となりますが、平均的には 3-4日と見て下さい。
注文の手続きはどのようになっていますか?1)お客様からの御問い合わせをいただきます。
お支払方法の方法はどのようになっていますか?納品と同時にデータリソース社よりお客様へ請求書(必要に応じて納品書も)を発送いたします。
データリソース社はどのような会社ですか?当社は、世界各国の主要調査会社・レポート出版社と提携し、世界各国の市場調査レポートや技術動向レポートなどを日本国内の企業・公官庁及び教育研究機関に提供しております。
|
詳細検索
2024/06/28 10:26 162.07 円 173.83 円 207.48 円 |