גרפן נחשב זה מכבר כחומר פלא, אך מסעו המסחרי עובר דרך התקדמות זהירה ולא על ידי מהפך בן לילה. כיום, התעשייה מתקדמת בהתמדה מעבר לשלב המעבדה. חברת המחקר IDTechEx פרסמה בחודש ספטמבר 2025 דוח מפורט בו היא צופה צמיחה חזקה של חומרים הקשורים לגרפן בעשור הקרוב. צמיחה שתהיה מונעת על ידי ביקוש גובר במגוון יישומים.
במשך יותר מעשור, IDTechEx עוקבת מקרוב אחר התפתחות הגרפן וננו-חומרים אחרים. מאז השקת הדוחות הייעודיים הראשונים שלה על ננו-צינוריות פחמן (CNTs) בשנת 2011 ועל גרפן בשנת 2012, הארגון ערך מאות ראיונות ברחבי שרשרת הערך העולמית. מחקר מקיף זה מספק תמונה חסרת תקדים של התקדמות טכנולוגית, מאמצי מסחור ופוטנציאל השוק ארוך הטווח של חומרים אלה.
IDTechEx אינה מתמקדת אך ורק בספקי חומרים אלא מכסה גם את השימוש הסופי בחומרים בהם הגרפן צריך להתחרות. לאחרונה פרסמה IDTechEx דו"ח חדשבשם "גרפן וחומרים דו-ממדיים 2026-2036: טכנולוגיות, שווקים, שחקנים". הדו"ח כולל תחזיות מפורטות לשוק הגרפן ל-10 שנים הקרובות המבוססות על פרופילים של יותר מ-90 שחקנים מרכזיים וממנפות כיסוי מעמיק ומקיף של שווקי שימוש סופיים רבים עבור גרפן.
גרפן אינו מוצר יחיד אלא משפחה של חומרים, כולל ננו-טסיות גרפן (GNP), תחמוצת גרפן (GO) ותחמוצת גרפן מחוזרת. (rGO) לכל אחד מהם תכונות מבניות וסיכויים מסחריים שונים, ובעוד שמאמצי התקינה מתקיימים, נותרו אתגרים רגולטוריים ובטיחותיים. מחקרי השוואת ביצועים בדו"ח מראים ש-GNP, GO ו rGO מובילים את המהלך לאימוץ בקנה מידה גדול.
סימנים של קליטה מואצת בשוק נראים יותר ויותר. חברות רכב בודקות ומאמצות חומרים מרוכבים משופרים בגרפן, יצרניות סמארטפונים פורסות גרפן במפזרי חום, ותעשיות פונות אליו לאלסטומרים, ציפויים ועמידות בפני קורוזיה. הערך אינו טמון בחומר "אחד המתאים לכולם", אלא ביכולת לייעל את המורפולוגיה, הטוהר והפיזור עבור כל יישום ספציפי. חברות מתחרות כעת על שליטה בשלב ביניים מכריע זה בשרשרת הערך, בין אם באופן פנימי ובין אם באמצעות שותפויות אסטרטגיות.
ייצור, איחוד והדרך קדימה
שיטות ייצור גרפן נותרו מגוונות. גישות מלמעלה למטה כמו קילוף בשלב נוזלי וחיזור-חמצון שולטות כיום, אך שחקנים חדשים מבצעים ניסויים בחומרי גלם חלופיים ובתהליכים יעילים יותר. השוק, לעומת זאת, צפוף. מאות יצרנים פועלים כיום ברחבי העולם, אך ההיסטוריה מצביעה על כך שאיחוד הוא בלתי נמנע כאשר צצים כמה שחקנים חזקים. סימנים ראשוניים למגמה זו כבר נראים לעין.
סין הפכה במהירות למובילה הן ביכולת הייצור והן במחקר האקדמי, ועיצבה את הנוף התחרותי העולמי. ובכל זאת, למרות ההכנסות הגוברות ברחבי המגזר, הרווחיות נותרה חמקמקה. רק קומץ חברות הגיעו לשוליים חיוביים מתמשכים, כאשר רבות מהן עדיין תלויות במימון ציבורי ופרטי. זה מדגיש את הקושי במעבר מ"דחיפה חומרית" ל"משיכת שוק", שהוא אתגר משותף לטכנולוגיות מתקדמות רבות.
גרפן ושוק הסמיקונדקטור
היישומים לגרפן הם עצומים, אך המגזרים המבטיחים ביותר כיום כוללים חומרים מרוכבים, אחסון אנרגיה, ניהול תרמי, ציפויים, בטון וטקסטיל. כל מגזר מציג גורמים ייחודיים: משקל קל לרכב, אורך חיים משופר של מוצרים לשימושים תעשייתיים, או שיקולי קיימות בבנייה.
ברצוני להוסיף לדוח של IDTechEx כמה פרטים על תחום הסמיקונדקטור:
כאשר משתמשים בגרפן בשכבה אחת של אטומי פחמן המסודרים בסריג בצורת חלת דבש, הם עשויים להוות תחליף יעיל לשבבי מוליכים למחצה מסורתיים מבוססי סיליקון. תכונותיו של הגרפן כגון מוליכות חשמלית יוצאת דופן, מבנה דק במיוחד, חוזק מכני ופיזור חום מעולה, הופכות אותו לאטרקטיבי ביותר עבור האלקטרוניקה של הדור הבא. בניגוד לסיליקון, שמגיע לגבולותיו הפיזיים מבחינת מזעור ומהירות, גרפן יכול לאפשר טרנזיסטורים מהירים, קטנים יותר ויעילים יותר באנרגיה.
חוקרים כבר הדגימו מוליכים למחצה וטרנזיסטורים מבוססי גרפן פונקציונליים שיכולים לתמוך ביישומים הדורשים יכולת מחשוב במהירות גבוהה, אלקטרוניקה גמישה, התקנים קוונטיים וחיישנים מתקדמים.
בעוד שנותרו אתגרים – כגון שליטה בפער האנרגיה של גרפן כדי לאפשר מיתוג הפעלה/כיבוי אמין התקדמות בתחומים כמו גרפן דו-שכבתי מעוות וחומרים היברידיים מצביעה על כך שגרפן יוכל בסופו של דבר להרחיב או אף להחליף את תפקידו של הסיליקון ביחידות אלקטרוניות, ולהניע את גל החדשנות הבא במיוחד בתחומים כמו חיישנים ואופטואלקטרוניקה, בהם התכונות הייחודיות של גרפן מספקות יתרונות ביצועים ברורים.
יתרונות הגרפן על פני שבבי סיליקון
- מהירות גבוהה יותר – טרנזיסטורים מגרפן יכולים לפעול בתדרים של מאות גיגה־הרץ, הרבה מעבר ליכולות הסיליקון.
- מזעור מתקדם – גרפן מאפשר ייצור רכיבים זעירים במיוחד, מה שיכול להאריך את "חוק מור" גם אחרי מגבלות הסיליקון.
- חיסכון באנרגיה – מוליכות גבוהה פירושה פחות בזבוז אנרגיה וחום, מה שיכול להאריך חיי סוללה במכשירים ניידים.
- אלקטרוניקה גמישה – גרפן יכול לשמש לייצור מסכים מתקפלים, חיישנים לבישים, ואפילו שבבים המוטמעים בבדים.
תחומי יישום פוטנציאליים
- מחשוב עתיר ביצועים (HPC) – גרפן יכול לאפשר מחשבים מהירים בהרבה, עם עיבוד נתונים בקצבים שלא ניתן להשיג כיום. זה קריטי ליישומים כמו בינה מלאכותית, סימולציות מדעיות, וניתוח ביג דאטה.
- אלקטרוניקה צרכנית – סמארטפונים וטאבלטים – שבבי גרפן יאפשרו מכשירים מהירים יותר, דקים יותר, עם חיי סוללה ארוכים יותר. מסכים מתקפלים – בזכות הגמישות, ניתן יהיה לייצר מסכים שנגללים או נלבשים.
- חיישנים וביומד – גרפן רגיש במיוחד לשינויים בסביבה, ולכן מתאים לייצור חיישנים רפואיים, חיישני גז, או מערכות ניטור בריאות לבישות.
- תקשורת מהירה – בגלל המהירות הגבוהה, גרפן מתאים במיוחד ליישומי 5G ו־G6 , אנטנות מתקדמות, ומערכות תקשורת לוויינית.
- אנרגיה – שבבי גרפן יכולים להשתלב במערכות סולאריות חכמות, סוללות מהירות טעינה, ומערכות ניהול אנרגיה יעילות.
האתגרים בדרך
למרות הפוטנציאל העצום, קיימים עדיין חסמים משמעותים לשימוש מסחרי בגרפן:
- חוסר ב־bandgap טבעי – בניגוד לסיליקון, לגרפן אין "פער אנרגיה" טבעי, מה שמקשה על יצירת טרנזיסטורים עם מצב "דלוק/כבוי" ברור.
- ייצור המוני – קשה לייצר גרפן באיכות גבוהה ובעלות נמוכה בקנה מידה תעשייתי.
- אינטגרציה עם טכנולוגיות קיימות – המעבר מתעשיית סיליקון מבוססת היטב לגרפן דורש השקעות עצומות בתשתיות.
מבט קדימה
לפי תחזיות שוק עדכניות, תעשיית האלקטרוניקה מבוססת גרפן צפויה לצמוח בקצב מהיר – מ־1.5 מיליארד דולר ב־2023 ליותר מ־5 מיליארד דולר עד 2032. בשלב הראשון, גרפן ישולב כרכיב משלים (למשל, חיישנים או שכבות מוליכות במכשירים קיימים), ובהמשך עשוי להוות תחליף מלא לשבבי סיליקון בתחומים מסוימים
לפרטים נוספים על שוק הגרפן, כולל פילוח לפי אזור יישום, עיינו בדוח השוק של "Graphene & 2D Materials 2026-2036: Technologies, Markets, Players". IDTechEx
