Die zukünftigen Forschungs- und Entwicklungsrichtungen im Bereich graphitierter Petrolkoks konzentrieren sich hauptsächlich auf folgende Aspekte:
Hochreine und verunreinigungsarme Technologien
Durch die Optimierung von Delayed-Coking-Verfahren und Tiefenentschwefelungstechniken lässt sich der Gehalt an Schwefel, Asche und anderen Verunreinigungen in Petrolkoks reduzieren. So hat beispielsweise die Sinopec-Raffinerie in Qingdao den Schwefelgehalt auf unter 0,3 % gesenkt und damit die Nachfrage nach schwefelarmem Petrolkoks im Bereich der neuen Energien erfüllt. Zukünftig ist es notwendig, effiziente Entaschungstechnologien weiterzuentwickeln, um den Aschegehalt von 8–10 Gew.-% auf unter 1 Gew.-% zu senken und dadurch die Reinheit und Leistungsstabilität des Materials zu verbessern.
Kundenspezifische Entwicklung von High-End-Produkten
Für anspruchsvolle Anwendungsbereiche wie Lithiumbatterie-Anodenmaterialien und Reduktionsmittel für Silizium-Rohstoffe in der Photovoltaik sollten spezielle Petrolkoksprodukte entwickelt werden. So muss beispielsweise Koks für Hochleistungsbatterien Kriterien wie einen Schwefelgehalt von <0,5 % und einen Aschegehalt von <0,3 % erfüllen, um die Energiedichte und Zyklenlebensdauer der Batterie zu verbessern. Darüber hinaus benötigt Petrolkoks in Photovoltaikqualität optimierte Porenstrukturen, um die Reduktionseffizienz zu steigern und die Produktionskosten für Silizium-Rohstoffe zu senken.
Tiefenverarbeitung und wertschöpfende Nutzung
Weiterverarbeitete Produkte wie Nadelkoks und Kohlenstofffasern sollten entwickelt werden, um die Wertschöpfung der Industrie zu steigern. Nadelkoks, als wichtigster Rohstoff für Hochleistungs-Graphitelektroden, verzeichnet eine signifikant gestiegene Nachfrage in der Elektrostahlherstellung und der Lieferkette für neue Energien. So produziert beispielsweise Jinzhou Petrochemical Nadelkoks langfristig und deckt damit die hohen Marktanforderungen ab.
Umweltfreundliche und grüne Produktionstechnologien
Angesichts immer strengerer Umweltauflagen müssen emissionsarme und energieeffiziente Produktionsverfahren entwickelt werden. Beispielsweise ermöglicht die Schmelzsalzelektrolyse eine Graphitisierung unter 1000 °C und reduziert den Energieverbrauch im Vergleich zu herkömmlichen Hochtemperatur- und Hochdruckverfahren (über 2000 °C) um 40 %. Zudem ist sie für verschiedene kohlenstoffhaltige Rohstoffe geeignet. Die Wirbelschichtaktivierung verhindert durch die Zugabe inerter Partikel die Agglomeration, verkürzt die Aktivierungszeit auf 2–8 Stunden und senkt den Energieverbrauch weiter.
Präzise Porenstrukturkontrolltechnologien
Durch Gradientenaktivierung und In-situ-Dotierungstechniken lässt sich die Porenstruktur von porösen Kohlenstoffen auf Petrolkoksbasis gezielt einstellen und so die Materialeigenschaften verbessern. Beispielsweise führt ein synergistischer Aktivierungsmechanismus mit H₂O/CO₂ zur Bildung einer Mikroporen-Mesoporen-Kompositstruktur (Mesoporenanteil 20–60 %), die für verschiedene Anwendungsbereiche geeignet ist. Gleichzeitig ermöglicht die Zugabe von NH₃ oder H₃PO₄ die Dotierung mit Stickstoff- bzw. Phosphoratomen (Dotierungskonzentrationen 1–5 Atomprozent), wodurch Leitfähigkeit und Oberflächenaktivität erhöht werden.
Ausweitung der Anwendungsmöglichkeiten im neuen Energiesektor
Neue Energiematerialien wie Aktivkohle auf Petrolkoksbasis und Superkondensatorkohle sollten entwickelt werden. Beispielsweise verbessert poröser Kohlenstoff auf Petrolkoksbasis als optimales Material für Siliziumanoden die Zyklenstabilität um 300 % durch die Regulierung der Porenstruktur (geschlossene Porenstruktur von 50–500 nm) und puffert so die Volumenausdehnung des Siliziums. Prognosen zufolge wird der globale Markt bis 2030 ein Volumen von über 120 Milliarden Yuan erreichen, was einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate von 25 % entspricht.
Intelligente und automatisierte Produktionstechnologien
Durch den Einsatz von IoT- und Blockchain-Technologien lassen sich Produktionseffizienz und Produktqualität steigern. Intelligente Lagerhaltung ermöglicht beispielsweise die Echtzeit-Bestandsüberwachung und verbessert die Reaktionszeit um 50 %. Die Blockchain-basierte Rückverfolgbarkeit ermöglicht die Zertifizierung des CO₂-Fußabdrucks von Produkten und erfüllt somit die ESG-Investitionsanforderungen der EU.
Veröffentlichungsdatum: 24. September 2025