Mercado de pilas de combustible de óxido sólido planas: tamaño de la industria global, participación, tendencias, oportunidades y pronóstico segmentado por usuario final (comercial, centros de datos y otros), por aplicación (estacionaria, transporte, portátil), por región, competencia 2018-2028

Descripción general del mercado

Mercado global de celdas de combustible de óxido sólido planas

En una SOFC plana, el combustible (normalmente hidrógeno o combustibles a base de hidrocarburos) se oxida en el ánodo, liberando electrones. Estos electrones viajan a través de un circuito externo, produciendo energía eléctrica, y luego se combinan con iones de oxígeno del aire en el cátodo para formar vapor de agua. La característica clave de las SOFC planas es su diseño plano, delgado y en capas, que facilita la generación eficiente de energía a altas temperaturas de funcionamiento (normalmente entre 500 °C y 1000 °C). El mercado global de celdas de combustible de óxido sólido planas abarca la producción, venta e implementación de SOFC planas y tecnologías relacionadas.

Este mercado ha sido impulsado por la creciente demanda de soluciones energéticas limpias y eficientes en varios sectores, incluidosLas SOFC planas tienen el potencial de proporcionar soluciones de generación de energía de alta eficiencia y bajas emisiones para aplicaciones de energía estacionaria y distribuida. Las SOFC se exploran para su uso en vehículos eléctricos (vehículos de celda de combustible) y unidades de energía auxiliares para transporte comercial de largo alcance. Las SOFC se pueden integrar en procesos industriales y sistemas combinados de calor y energía (CHP) para aumentar la eficiencia energética y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. Las SOFC se pueden utilizar para aplicaciones de calefacción residencial y comercial, ofreciendo calefacción de espacios eficiente y limpia y generación de agua caliente. Las SOFC planas se consideran para varias aplicaciones militares y aeroespaciales debido a su tamaño compacto y alta densidad de energía. Las SOFC son adecuadas para proporcionar energía confiable en ubicaciones remotas y como fuentes de energía de respaldo en infraestructura crítica. El crecimiento del mercado de las SOFC planas está influenciado por factores como los incentivos gubernamentales, las regulaciones ambientales, los avances en los materiales y las técnicas de fabricación y la creciente conciencia de los beneficios de la generación de energía limpia y eficiente. Además, las asociaciones y colaboraciones entre los fabricantes de celdas de combustible y los usuarios finales desempeñan un papel crucial en la expansión del mercado.

Impulsores clave del mercado

Aumento de la demanda de energía limpia

La creciente preocupación por los problemas ambientales y la necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero han llevado a una creciente demanda de soluciones energéticas limpias y sostenibles. Las SOFC planas, conocidas por su alta eficiencia y bajas emisiones, están bien posicionadas para satisfacer esta demanda. Las SOFC planas son dispositivos de conversión de energía altamente eficientes, con el potencial de alcanzar niveles de eficiencia de hasta el 60% o más. Esta eficiencia las hace atractivas para diversas aplicaciones, incluidos los sistemas de generación de energía, transporte y cogeneración. Los gobiernos y las industrias se centran cada vez más en mejorar la seguridad energética mediante la diversificación de las fuentes de energía. Las SOFC planas pueden desempeñar un papel en el logro de la seguridad energética al proporcionar soluciones de generación de energía confiables e in situ. Muchos gobiernos de todo el mundo ofrecen incentivos, subsidios y subvenciones para promover el desarrollo y la adopción de tecnologías de energía limpia, incluidas las celdas de combustible. Estos incentivos pueden impulsar significativamente el mercado de SOFC planares. Los esfuerzos de investigación y desarrollo en curso han llevado a avances en los materiales de SOFC y las técnicas de fabricación. Estos avances han reducido los costos, mejorado el rendimiento y aumentado la viabilidad comercial de las SOFC planares. La electrificación del sector del transporte, incluidos los vehículos eléctricos (VE) y los vehículos de celdas de combustible de hidrógeno, ha impulsado el interés en las SOFC como posibles fuentes de energía para aplicaciones de transporte. Las SOFC planares ofrecen beneficios en términos de alcance, tiempo de reabastecimiento y eficiencia.

Generación de energía distribuida

La tendencia hacia la generación de energía distribuida y las microrredes está creando oportunidades para las SOFC planares. Se pueden implementar en sistemas de energía descentralizados, proporcionando electricidad y calor a hogares, empresas y áreas remotas. La necesidad de soluciones de energía de respaldo confiables ante desastres naturales e interrupciones de la red ha estimulado el interés en las SOFC planares como fuentes de energía de respaldo para infraestructura crítica y aplicaciones residenciales. Se están estudiando las SOFC planas para su uso en aplicaciones aeroespaciales y militares debido a su alta densidad energética, tamaño compacto y potencial para proporcionar energía en entornos remotos y exigentes. La colaboración entre fabricantes de celdas de combustible, instituciones de investigación y usuarios finales ha facilitado el desarrollo y la comercialización de SOFC planas para diversas aplicaciones.

Es importante señalar que el mercado de SOFC planas es dinámico y que pueden haber surgido nuevos impulsores desde mi última actualización. Además, las condiciones del mercado pueden variar según la región y la aplicación. Para obtener una comprensión integral del estado actual del mercado global de SOFC planar y sus impulsores, se recomienda consultar informes de la industria, estudios de mercado y fuentes de noticias para obtener la información más actualizada.

Creciente rigor de las regulaciones gubernamentales

El creciente rigor de las regulaciones gubernamentales, junto con un aumento en los precios de la energía, es una de las tendencias clave que se observan en el mercado de celdas de combustible de óxido sólido planar. Con la creciente conciencia sobre las fuentes de energía alternativas, los generadores de electricidad basados en combustión están siendo reemplazados por sistemas de energía renovable como paneles solares, que muestran una mayor eficiencia en la conversión de energía. Además, las pilas de combustible utilizadas en estos dispositivos no provocan emisiones nocivas, por lo que son adecuadas para aplicaciones en el transporte, aplicaciones de energía estacionarias/de respaldo y portátiles.

Además, la creciente base de aplicaciones de dichos productos en la industria del petróleo y el gas ofrece oportunidades lucrativas de crecimiento para el mercado. Por ejemplo, el gas natural extraído in situ se puede utilizar fácilmente como combustible para plantas de energía de pilas de combustible directas (DFC). Con esto, la energía generada en las plantas de energía DFC se puede utilizar para apoyar el proceso de extracción. Además, las plantas de energía DFC sirven como una fuente de energía limpia y pueden proporcionar energía que se puede inyectar bajo tierra para una mejor recuperación de petróleo. Por lo tanto, el mercado mundial de pilas de combustible de óxido sólido tiene numerosas oportunidades de crecimiento en los próximos años.

Principales desafíos del mercado

A septiembre de 2022, el mercado mundial de pilas de combustible de óxido sólido (SOFC) planas se enfrentaba a varios desafíos. Estos desafíos pueden haber evolucionado o cambiado desde entonces, pero brindan una idea de los obstáculos típicos que ha encontrado la industria. Estos son algunos de los desafíos clave en el mercado global de SOFC planares. Altas temperaturas de funcionamientoLas SOFC planares normalmente funcionan a altas temperaturas, a menudo superiores a los 500 °C. Estas altas temperaturas de funcionamiento pueden provocar la degradación de los materiales, aumentar la complejidad de fabricación y limitar la gama de materiales que se pueden utilizar.

Costos y escalabilidad de fabricación

Los costos de capital iniciales para las SOFC planares han sido relativamente altos. Lograr la competitividad de costos con otras tecnologías energéticas, como las plantas de energía de ciclo combinado de gas natural, sigue siendo un desafío importante. Además, ampliar los procesos de fabricación para satisfacer la demanda del mercado manteniendo la calidad y la consistencia es un desafío. Garantizar la durabilidad y confiabilidad a largo plazo de las SOFC planares en diversas condiciones de funcionamiento es un desafío crítico. Las altas temperaturas y los ciclos térmicos pueden provocar la degradación de los materiales de las celdas, lo que afecta el rendimiento y la vida útil. La adopción generalizada de SOFC planares para el transporte y la generación de energía estacionaria depende de la disponibilidad de combustibles adecuados, como el hidrógeno o el gas natural. El desarrollo y mantenimiento de la infraestructura de suministro de combustible puede ser un desafío en algunas regiones.

Materiales electrolíticos y competencia con otras tecnologías energéticas

El desarrollo de materiales electrolíticos duraderos y de alto rendimiento que puedan funcionar a temperaturas más bajas es un desafío constante. Reducir la temperatura de funcionamiento requerida puede mejorar la durabilidad y reducir los costos de fabricación. La integración de pilas SOFC planas individuales en sistemas más grandes, incluidos los componentes del resto de la planta y los sistemas de control, puede ser compleja. Lograr una integración perfecta y optimizar el rendimiento del sistema son desafíos. El panorama regulatorio, incluidas las normas de seguridad y las regulaciones de emisiones, puede afectar la implementación y la adopción de SOFC planas. El apoyo de políticas, los incentivos y el acceso al mercado son fundamentales para el crecimiento del mercado. Las SOFC planas enfrentan la competencia de otras tecnologías de energía limpia, como la fotovoltaica, la eólica y las baterías de iones de litio. Estas tecnologías pueden tener ventajas en ciertas aplicaciones o segmentos del mercado.

Tendencias clave del mercado

Avances en materiales y técnicas de fabricación

Los avances en la ciencia de los materiales y las técnicas de fabricación han sido fundamentales para el desarrollo de las SOFC planares. Los investigadores se han centrado en descubrir y diseñar nuevos materiales para electrodos, electrolitos e interconexiones. Estos avances en los materiales han mejorado el rendimiento, reducido los costes de fabricación y aumentado la fiabilidad de las SOFC. Por ejemplo, el desarrollo de nuevos materiales cerámicos para electrolitos ha permitido reducir las temperaturas de funcionamiento, mitigando el estrés térmico y mejorando la durabilidad. Esta tendencia hacia materiales más robustos es fundamental para extender la vida útil de las SOFC y hacerlas más competitivas en cuanto a costos.

Flexibilidad de combustible y producción de hidrógeno

Una de las tendencias significativas en el mercado de SOFC planares es la búsqueda de una mayor flexibilidad de combustible. Si bien el hidrógeno sigue siendo una fuente de combustible principal para las SOFC, los esfuerzos de investigación y desarrollo se centran en expandir la gama de combustibles compatibles. Esto incluye el uso de hidrocarburos, biocombustibles y amoníaco. Además, se están explorando las SOFC por su potencial para producir hidrógeno a través de electrólisis de alta temperatura. Este proceso de "coelectrólisis" puede convertir agua y dióxido de carbono en hidrógeno y monóxido de carbono, que luego se pueden usar como combustibles o materias primas para varias industrias. La producción de hidrógeno está ganando importancia en el contexto de la economía global del hidrógeno.

Sistemas híbridos de celdas de combustible

Los sistemas de energía híbridos que combinan SOFC planares con otras tecnologías energéticas son cada vez más populares. Estos sistemas híbridos tienen como objetivo maximizar la eficiencia energética, aumentar la confiabilidad del sistema y garantizar un suministro de energía continuo. Las combinaciones clave incluyen SOFC combinadas con baterías, paneles solares e incluso microturbinas. En estas configuraciones híbridas, las SOFC planas sirven como fuente principal de generación de energía, mientras que las baterías proporcionan almacenamiento de energía para los períodos de máxima demanda y los paneles solares contribuyen durante las horas del día. La integración de diferentes tecnologías ofrece el beneficio de un suministro de energía constante y estable, lo que reduce la dependencia de la red.

Generación de energía distribuida y microrredes

La tendencia hacia la generación de energía distribuida y las microrredes está impulsando la adopción de SOFC planas en sistemas de energía descentralizados. Estos sistemas se pueden implementar en el punto de uso o cerca de él, proporcionando electricidad y calor a áreas residenciales, comerciales e industriales. Las SOFC planas son adecuadas para aplicaciones de microrredes debido a su alta eficiencia y capacidad para proporcionar calor y energía combinados (CHP). Las microrredes alimentadas por SOFC mejoran la resiliencia de la red, en particular en áreas propensas a cortes de la red o fenómenos meteorológicos extremos. Ofrecen el potencial de autosuficiencia energética y reducen la dependencia de la infraestructura de energía centralizada.

Centros de datos y energía de respaldo y reducción de las temperaturas de funcionamiento

La creciente dependencia de los centros de datos y la necesidad crítica de suministro de energía ininterrumpido han llevado a la adopción de SOFC planares como fuentes de energía primaria y de respaldo. Estas celdas de combustible pueden proporcionar energía altamente confiable y eficiente para las operaciones del centro de datos, lo que reduce el riesgo de pérdida de datos y tiempo de inactividad durante interrupciones de energía. Los tiempos de inicio rápidos y los tiempos de ejecución prolongados de las SOFC planares las hacen adecuadas para su uso como sistemas de energía de respaldo para varias aplicaciones críticas, incluidas las instalaciones de atención médica, las telecomunicaciones y los centros de respuesta a emergencias. Operar a altas temperaturas ha sido un desafío para las SOFC planares debido a la degradación de los materiales y la complejidad de fabricación. Una tendencia significativa en el mercado es el esfuerzo continuo por reducir las temperaturas de funcionamiento de las SOFC manteniendo su eficiencia. Reducir las temperaturas de funcionamiento mejora la durabilidad y la vida útil de las SOFC, reduce el estrés térmico en los materiales y simplifica la integración del sistema. Esta tendencia se alinea con el objetivo más amplio de hacer que las SOFC sean más accesibles y versátiles para diversas aplicaciones.

Información segmentaria

Información sobre el uso final

Se espera que el mercado de centros de datos crezca en el período de pronóstico y, junto con él, también se espera que crezca el mercado de sistemas de respaldo de energía. El 33% de las interrupciones de los centros de datos se deben a cortes de energía, y un corte de energía cuesta mucho dinero a los centros de datos operados. La alta eficiencia, la gran capacidad y la capacidad de generación de energía continua han hecho que las celdas de combustible de óxido sólido planas sean una opción preferible para el respaldo de energía y las variaciones de voltaje. India es una de las economías de más rápido crecimiento del mundo y es probable que impulse el crecimiento de los centros de datos públicos basados en la nube. La industria de TI domina el mercado indio como el empleador del sector privado más grande del país, donde los centros de datos se utilizan ampliamente, lo que impulsa el crecimiento del mercado de celdas de combustible de óxido sólido planas. Ha habido un aumento masivo en la investigación y las pruebas piloto del uso de celdas de combustible de óxido sólido planas en centros de datos. Por lo tanto, con un aumento en el uso de Internet y la investigación en curso sobre celdas de combustible de óxido sólido planas, se espera que el mercado crezca en el período de pronóstico.

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Información regional

La región de Asia Pacífico se ha establecido como líder en el mercado global de celdas de combustible de óxido sólido planas con una participación significativa en los ingresos en 2022

Desarrollos recientes

• China tiene planes de fabricar entre 100.000 y 200.000 toneladas de hidrógeno renovable al año y tener una flota de 50.000 vehículos alimentados con hidrógeno para 2025. China es actualmente el mercado más grande del mundo para camiones y autobuses de celdas de combustible y el tercero más grande para vehículos eléctricos de celdas de combustible (FCEV).
• Científicos indios han desarrollado de forma autóctona electrocatalizadores basados en platino para pilas de combustible a través de un procedimiento eficiente. Este electrocatalizador mostró propiedades comparables a las del electrocatalizador disponible comercialmente y podría mejorar la vida útil del rendimiento de la pila de celdas de combustible.
• Agosto de 2022El Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL) comenzó a colaborar con Toyota Motor North America (Toyota) a través de un acuerdo de investigación y desarrollo cooperativo para construir, instalar y evaluar un sistema de generación de energía de celdas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEM) de 1 megavatio (MW) en el campus Flatirons del NREL.

Actores clave del mercado

• Bloom Energy
• Ceres Power
• Solid Potencia
• FuelCell Energy
• Siemens Energy
• Ultra Electrónica
• Atrex Energy
• Pilas de combustible de cerámica Limitado
• Kyocera
• Versa Power Systems