Mercado de celdas de combustible de membrana electrolítica polimérica (PEM): tamaño de la industria global, participación, tendencias, oportunidades y pronóstico segmentado por uso final (automotriz, industrial, comercial, residencial), por aplicación (estacionaria, portátil, transporte), por región, competencia 2018-2028

Mercado mundial de pilas de combustible de membrana electrolítica de polímero (PEM)

Impulsores clave del mercado

El mercado de pilas de combustible de membrana electrolítica de polímero (PEM) es un segmento de la industria de la energía limpia que se centra en el desarrollo, la fabricación y la implementación de sistemas de pilas de combustible PEM. Las pilas de combustible PEM son conocidas por su alta eficiencia energética, bajas emisiones e idoneidad para diversas aplicaciones, incluido el transporte, la generación de energía estacionaria y los dispositivos portátiles. El mercado está influenciado por varios impulsores clave que afectan su crecimiento y desarrollo. Estos son los principales impulsores del mercado de pilas de combustible PEMEl impulso mundial por fuentes de energía limpias y sostenibles para mitigar el cambio climático y reducir las emisiones de gases de efecto invernadero es un impulsor importante del mercado de pilas de combustible PEM. Las celdas de combustible PEM producen electricidad a través de una reacción química entre hidrógeno y oxígeno, emitiendo solo vapor de agua como subproducto, lo que las convierte en una fuente de energía limpia. El sector del transporte representa una oportunidad significativa para las celdas de combustible PEM, en particular en los vehículos eléctricos de celda de combustible (FCEV). Los gobiernos y los fabricantes de automóviles están invirtiendo en la tecnología FCEV como una alternativa a los motores de combustión interna, impulsados por la necesidad de reducir las emisiones de carbono y mejorar la calidad del aire. El desarrollo de una economía del hidrógeno, donde el hidrógeno se produce, almacena y utiliza como portador de energía, es un fuerte impulsor de las celdas de combustible PEM. El hidrógeno se puede producir a partir de varias fuentes, incluida la energía renovable, y se puede utilizar en celdas de combustible para generar electricidad de manera eficiente. Las celdas de combustible PEM pueden desempeñar un papel en aplicaciones de almacenamiento de energía, como el almacenamiento de energía a nivel de red y los sistemas de energía de respaldo. La necesidad de soluciones de almacenamiento de energía confiables y eficientes para equilibrar las fuentes de energía renovables intermitentes impulsa el mercado.

Generación de energía descentralizada

Las celdas de combustible PEM se pueden utilizar para la generación de energía distribuida o descentralizada. Son muy adecuadas para aplicaciones de cogeneración (CHP), ya que proporcionan electricidad y calor para edificios residenciales y comerciales. Las políticas gubernamentales de apoyo, los incentivos y los subsidios destinados a promover tecnologías de energía limpia, incluidas las celdas de combustible, fomentan la inversión y la adopción de sistemas de celdas de combustible PEM.

Investigación y desarrollo

Los esfuerzos de investigación y desarrollo en curso para mejorar el rendimiento, la durabilidad y la rentabilidad de la tecnología de celdas de combustible PEM están impulsando avances en el mercado. Las innovaciones en materiales y procesos de fabricación contribuyen al crecimiento del mercado. La colaboración entre países y organizaciones internacionales en la investigación y el desarrollo de hidrógeno y celdas de combustible fomenta la innovación y amplía las oportunidades de mercado. A medida que la tecnología de celdas de combustible PEM madura, encuentra aplicaciones más allá de los usos tradicionales. Esto incluye energía de respaldo para infraestructura de telecomunicaciones, generación de energía fuera de la red y celdas de combustible portátiles a pequeña escala para productos electrónicos de consumo. La creciente conciencia de las soluciones de energía limpia y las preocupaciones ambientales entre los consumidores y las empresas ha llevado a un creciente interés en las celdas de combustible PEM como una fuente de energía sostenible y eficiente. La expansión de la infraestructura de reabastecimiento de hidrógeno para los FCEV es un factor crucial para la adopción de vehículos de pila de combustible PEM. Las inversiones en infraestructura son esenciales para apoyar el crecimiento del mercado. Los proyectos de demostración de alto perfil y los programas piloto que muestran las capacidades y los beneficios de la tecnología de pila de combustible PEM ayudan a generar confianza e impulsar la aceptación del mercado.

Principales desafíos del mercado

Altos costos de fabricación

Uno de los principales desafíos para las pilas de combustible PEM son sus costos de fabricación relativamente altos, atribuidos principalmente al uso de materiales catalizadores costosos, como el platino, en los electrodos. Reducir estos costos es esencial para que las pilas de combustible PEM sean más competitivas con otras fuentes de energía. Las pilas de combustible PEM deben funcionar de manera eficiente durante períodos prolongados para ser económicamente viables. Garantizar la durabilidad y longevidad a largo plazo de los componentes de la pila de combustible, especialmente la membrana conductora de protones y los catalizadores, es un desafío importante. Los catalizadores utilizados en las pilas de combustible PEM son sensibles a factores como contaminantes, impurezas del combustible y ciclos de alto voltaje. La degradación del catalizador puede afectar significativamente el rendimiento y la vida útil de la pila de combustible. El hidrógeno es el combustible principal de las pilas de combustible PEM, y su almacenamiento, transporte y distribución siguen siendo desafíos importantes. Desarrollar una infraestructura de hidrógeno eficiente, segura y rentable es esencial para el crecimiento del mercado. La falta de una infraestructura integral de abastecimiento de hidrógeno es un desafío, en particular para la adopción generalizada de vehículos de pila de combustible. La expansión de las estaciones de reabastecimiento de hidrógeno requiere una inversión y una coordinación significativas. La mayor parte de la producción de hidrógeno depende de combustibles fósiles, lo que contradice el objetivo de la energía limpia. Desarrollar métodos de producción de hidrógeno escalables y sostenibles, como la electrólisis utilizando fuentes de energía renovables, es un desafío. Las pilas de combustible PEM requieren una gestión adecuada del agua para evitar la deshidratación o inundación de la membrana conductora de protones. El equilibrio del contenido de agua dentro de la celda de combustible es fundamental para un rendimiento óptimo.

Arranque en frío y congelación

El funcionamiento de celdas de combustible PEM en condiciones climáticas frías puede ser un desafío debido a la posibilidad de congelación del agua dentro de la celda. El desarrollo de soluciones efectivas de calefacción y aislamiento es esencial para aplicaciones en climas fríos. La transición de prototipos a escala de laboratorio a la producción comercial a gran escala suele ser un desafío. Garantizar un rendimiento y una confiabilidad constantes a escala es un obstáculo importante para los fabricantes de celdas de combustible PEM. El hidrógeno es inflamable y plantea problemas de seguridad, particularmente en aplicaciones de transporte. Garantizar la manipulación, el almacenamiento y el uso seguros del hidrógeno es fundamental para la aceptación pública. Las celdas de combustible PEM se enfrentan a la competencia de otras tecnologías de energía limpia, como las baterías de iones de litio y las celdas de combustible de óxido sólido, que ofrecen diferentes ventajas y pueden ser más adecuadas para ciertas aplicaciones. Los marcos regulatorios y las políticas inconsistentes con respecto a las tecnologías de hidrógeno y celdas de combustible pueden obstaculizar el crecimiento del mercado. Se necesitan regulaciones claras y de apoyo para incentivar la adopción. Aumentar la conciencia y fomentar la confianza pública en la tecnología de celdas de combustible es un desafío. La percepción y comprensión pública de las pilas de combustible, especialmente en comparación con tecnologías bien establecidas como los motores de combustión interna, puede afectar las tasas de adopción.

A pesar de estos desafíos, los esfuerzos de investigación y desarrollo en curso, el apoyo gubernamental y las colaboraciones entre la industria y el mundo académico están abordando muchos de estos problemas. A medida que avanza la tecnología y los objetivos de energía limpia se vuelven más críticos, se espera que las pilas de combustible PEM desempeñen un papel importante en el logro de soluciones energéticas sostenibles y eficientes. Superar estos desafíos será esencial para que el mercado de pilas de combustible PEM alcance su máximo potencial y contribuya a un futuro energético más limpio y sostenible.

Tendencias clave del mercado

Se espera que las iniciativas gubernamentales y las crecientes inversiones privadas impulsen el mercado

El mercado de pilas de combustible PEM experimentó un crecimiento significativo en los últimos dos años, principalmente debido a la introducción de iniciativas gubernamentales en mercados clave y al creciente apoyo de la inversión del sector privado. El Programa de Tecnología de Vehículos y Combustibles Alternativos y Renovables de la Comisión de Energía de California, una iniciativa gubernamental de 2013, estableció una autoridad a largo plazo para cofinanciar las primeras 100 estaciones de hidrógeno minoristas. Esto alentó al sector privado a invertir en el mercado de las pilas de combustible. La Asociación de Pilas de Combustible de California tiene como objetivo una red de 1.000 estaciones de hidrógeno y una población de vehículos de pila de combustible de hasta 1.000.000 de vehículos para 2030. El objetivo refleja las aportaciones y el consenso de más de 40 socios, entre los que se incluyen empresas de tecnología de pilas de combustible, fabricantes de automóviles, empresas energéticas, agencias gubernamentales y organizaciones no gubernamentales, y universidades. En febrero de 2022, un proyecto demostró que las pilas de combustible de membrana de electrolito polimérico de alta temperatura (HT-PEMFC) ofrecen una solución atractiva para electrificar vehículos pesados y otras aplicaciones de movilidad a gran escala debido al rechazo eficaz del calor. Además, varias instituciones, entre ellas LANL (Katie Lim), Sandia National Labs (Cy Fujimoto), Korea Institute of Science and Technology (Jiyoon Jung), University of New Mexico (Ivana Gonzales), University of Connecticut (Jasna Jankovic) y Toyota Research Institute of North America (Zhendong Hu y Hongfei Jia) participaron en este proyecto. Entre las pilas de combustible, el tipo PEM es el más popular. Se espera que desempeñe un papel crucial en el objetivo de Europa de implementar pilas de combustible e impulse el mercado de las pilas de combustible PEM.

En febrero de 2022, los científicos del Laboratorio Nacional de Los Álamos desarrollaron una nueva pila de combustible de polímero que funciona a temperaturas más altas. El problema de larga data del sobrecalentamiento, uno de los mayores obstáculos técnicos para el uso de pilas de combustible de servicio medio y pesado en vehículos, como camiones y autobuses, se resolvió con una nueva pila de combustible de polímero de alta temperatura que funciona a 80-160 grados Celsius y tiene una densidad de potencia nominal más alta que las pilas de combustible de vanguardia. Además, existe un aumento en la demanda de vehículos basados en pilas de combustible en todo el mundo. Corea del Norte y Estados Unidos son los países líderes del mundo en cuanto a stock de vehículos basados en pilas de combustible. En 2021, Corea del Norte y Estados Unidos tenían el 38% y el 24% del stock mundial de vehículos basados en pilas de combustible, respectivamente. Por lo tanto, es probable que estas iniciativas e inversiones gubernamentales impulsen el mercado durante el período de pronóstico. Por lo tanto, debido a los factores mencionados anteriormente, se espera que las iniciativas gubernamentales y las crecientes inversiones privadas en tecnología PEMFC impulsen el mercado durante el período de pronóstico.

Información segmentaria

Información sobre el uso final

Información regional

La región de Asia Pacífico se ha establecido como líder en el mercado global de celdas de combustible de membrana de electrolito polimérico (PEM) 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 celdas de combustible camiones y autobuses 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 celdas 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

• Ballard Power System
• Plug Power
• Bloom Energía
• Energía de células de combustible
• Hydrogenics (ahora parte de Cummins Inc.)
• Células de combustible Nuvera
• Doosan Fuel Cell America
• Nel Hydrogen
• Advent Technologies
• SFC Energía