Mercato delle celle a combustibile a ossido solido planare – Dimensioni, quota, tendenze, opportunità e previsioni del settore globale segmentate per utente finale (commerciale, data center e altri), per applicazione (stazionaria, trasporto, portatile) per regione, concorrenza 2018-2028

Panoramica del mercato

Mercato globale delle celle a combustibile a ossidi solidi planari

In una SOFC planare, il combustibile (tipicamente combustibili a base di idrogeno o idrocarburi) viene ossidato all'anodo, rilasciando elettroni. Questi elettroni viaggiano attraverso un circuito esterno, producendo energia elettrica, e poi si combinano con gli ioni di ossigeno dall'aria al catodo per formare vapore acqueo. La caratteristica principale delle SOFC planari è il loro design piatto, sottile e stratificato, che facilita la generazione efficiente di energia a temperature di esercizio elevate (tipicamente tra 500 °C e 1000 °C). Il mercato globale delle celle a combustibile a ossidi solidi planari comprende la produzione, la vendita e l'implementazione di SOFC planari e tecnologie correlate.

Questo mercato è stato guidato dalla crescente domanda di soluzioni energetiche pulite ed efficienti in vari settori, tra cuiLe SOFC planari hanno il potenziale per fornire soluzioni di generazione di energia ad alta efficienza e basse emissioni per applicazioni di energia stazionaria e distribuita. Le SOFC sono esplorate per l'uso in veicoli elettrici (veicoli a celle a combustibile) e unità di potenza ausiliarie per il trasporto commerciale a lungo raggio. Le SOFC possono essere integrate in processi industriali e sistemi di cogenerazione (CHP) per aumentare l'efficienza energetica e ridurre le emissioni di gas serra. Le SOFC possono essere utilizzate per applicazioni di riscaldamento residenziali e commerciali, offrendo riscaldamento degli ambienti efficiente e pulito e generazione di acqua calda. Le SOFC planari sono considerate per varie applicazioni militari e aerospaziali grazie alle loro dimensioni compatte e all'elevata densità energetica. Le SOFC sono adatte per fornire energia affidabile in luoghi remoti e come fonti di alimentazione di backup in infrastrutture critiche. La crescita del mercato delle SOFC planari è influenzata da fattori quali incentivi governativi, normative ambientali, progressi nei materiali e nelle tecniche di produzione e una crescente consapevolezza dei vantaggi della generazione di energia pulita ed efficiente. Inoltre, le partnership e le collaborazioni tra produttori di celle a combustibile e utenti finali svolgono un ruolo cruciale nell'espansione del mercato.

Principali fattori trainanti del mercato

Crescente domanda di energia pulita

La crescente preoccupazione per le questioni ambientali e la necessità di ridurre le emissioni di gas serra hanno portato a una crescente domanda di soluzioni energetiche pulite e sostenibili. Le SOFC planari, note per la loro elevata efficienza e le basse emissioni, sono ben posizionate per soddisfare questa domanda. Le SOFC planari sono dispositivi di conversione dell'energia altamente efficienti, con il potenziale per raggiungere livelli di efficienza fino al 60% o più. Questa efficienza le rende interessanti per varie applicazioni, tra cui sistemi di generazione di energia, trasporto e cogenerazione. Governi e industrie sono sempre più concentrati sul miglioramento della sicurezza energetica diversificando le fonti di energia. Le SOFC planari possono svolgere un ruolo nel raggiungimento della sicurezza energetica fornendo soluzioni di generazione di energia affidabili e in loco. Molti governi in tutto il mondo offrono incentivi, sussidi e sovvenzioni per promuovere lo sviluppo e l'adozione di tecnologie di energia pulita, tra cui le celle a combustibile. Questi incentivi possono incrementare significativamente il mercato delle SOFC planari. Gli sforzi di ricerca e sviluppo in corso hanno portato a progressi nei materiali e nelle tecniche di produzione delle SOFC. Questi progressi hanno ridotto i costi, migliorato le prestazioni e aumentato la redditività commerciale delle SOFC planari. L'elettrificazione del settore dei trasporti, inclusi i veicoli elettrici (EV) e i veicoli a celle a combustibile a idrogeno, ha stimolato l'interesse per le SOFC come potenziali fonti di energia per applicazioni di trasporto. Le SOFC planari offrono vantaggi in termini di autonomia, tempo di rifornimento ed efficienza.

Generazione di energia distribuita

La tendenza verso la generazione di energia distribuita e le microreti sta creando opportunità per le SOFC planari. Possono essere distribuite in sistemi energetici decentralizzati, fornendo elettricità e calore a case, aziende e aree remote. La necessità di soluzioni di alimentazione di backup affidabili di fronte a calamità naturali e interruzioni della rete ha stimolato l'interesse per le SOFC planari come fonti di alimentazione di backup per infrastrutture critiche e applicazioni residenziali. Le SOFC planari vengono esplorate per l'uso in applicazioni aerospaziali e militari grazie alla loro elevata densità energetica, alle dimensioni compatte e al potenziale di fornire energia in ambienti remoti e difficili. La collaborazione tra produttori di celle a combustibile, istituti di ricerca e utenti finali ha facilitato lo sviluppo e la commercializzazione di SOFC planari per varie applicazioni.

È importante notare che il mercato delle SOFC planari è dinamico e potrebbero essere emersi nuovi driver dal mio ultimo aggiornamento. Inoltre, le condizioni di mercato possono variare in base alla regione e all'applicazione. Per ottenere una comprensione completa dello stato attuale del mercato globale delle SOFC planari e dei suoi driver, si consiglia di consultare report di settore, ricerche di mercato e fonti di notizie per le informazioni più aggiornate.

Crescente rigore delle normative governative

Il crescente rigore delle normative governative, unito all'aumento dei prezzi dell'energia, è una delle tendenze chiave osservate nel mercato delle celle a combustibile a ossidi solidi planari. Con la crescente consapevolezza sulle fonti di energia alternative, i generatori di elettricità basati sulla combustione vengono sostituiti da sistemi di energia rinnovabile come i pannelli solari, che mostrano una maggiore efficienza nella conversione dell'energia. Inoltre, le celle a combustibile utilizzate in questi dispositivi non causano emissioni nocive, per cui sono adatte per applicazioni nei trasporti, applicazioni di alimentazione fisse/di riserva e portatili.

Inoltre, la crescente base di applicazione di tali prodotti nel settore petrolifero e del gas offre opportunità redditizie di crescita al mercato. Ad esempio, il gas naturale estratto in loco può essere facilmente utilizzato come combustibile per centrali elettriche a celle a combustibile dirette (DFC). In questo modo, l'energia generata nelle centrali elettriche DFC può essere utilizzata per supportare il processo di estrazione. Inoltre, le centrali elettriche DFC fungono da fonte di energia pulita e possono fornire energia che può essere iniettata nel sottosuolo per un migliore recupero del petrolio. Pertanto, il mercato globale delle celle a combustibile a ossidi solidi ha numerose opportunità di crescita nei prossimi anni.

Principali sfide di mercato

A settembre 2022, il mercato globale delle celle a combustibile a ossidi solidi planari (SOFC) ha dovuto affrontare diverse sfide. Queste sfide potrebbero essersi evolute o modificate da allora, ma forniscono informazioni sui tipici ostacoli che il settore ha incontrato. Ecco alcune sfide chiave nel mercato globale delle SOFC planari. Temperature operative elevatele SOFC planari in genere operano a temperature elevate, spesso superiori a 500 °C. Queste temperature operative elevate possono portare alla degradazione dei materiali, aumentare la complessità di produzione e limitare la gamma di materiali che possono essere utilizzati.

Costi e scalabilità di produzione

I costi di capitale iniziali per le SOFC planari sono stati relativamente elevati. Raggiungere la competitività dei costi con altre tecnologie energetiche, come le centrali elettriche a ciclo combinato a gas naturale, rimane una sfida significativa. Inoltre, è difficile aumentare i processi di produzione per soddisfare la domanda del mercato mantenendo qualità e coerenza. Garantire la durata e l'affidabilità a lungo termine delle SOFC planari in varie condizioni operative è una sfida critica. Le alte temperature e il ciclo termico possono portare alla degradazione dei materiali delle celle, influenzando le prestazioni e la durata. L'adozione diffusa delle SOFC planari per i trasporti e la generazione di energia stazionaria dipende dalla disponibilità di combustibili adatti, come l'idrogeno o il gas naturale. Lo sviluppo e la manutenzione dell'infrastruttura di fornitura di carburante possono rappresentare una sfida in alcune regioni.

Materiali elettrolitici e concorrenza con altre tecnologie energetiche

Lo sviluppo di materiali elettrolitici ad alte prestazioni e durevoli che possano funzionare a temperature più basse è una sfida continua. Ridurre la temperatura di esercizio richiesta può migliorare la durata e abbassare i costi di produzione. L'integrazione di singole pile SOFC planari in sistemi più grandi, inclusi componenti di bilanciamento dell'impianto e sistemi di controllo, può essere complessa. Ottenere un'integrazione senza soluzione di continuità e ottimizzare le prestazioni del sistema sono sfide. Il panorama normativo, inclusi gli standard di sicurezza e le normative sulle emissioni, può avere un impatto sull'implementazione e l'adozione di SOFC planari. Il supporto politico, gli incentivi e l'accesso al mercato sono fondamentali per la crescita del mercato. Le SOFC planari devono affrontare la concorrenza di altre tecnologie di energia pulita, come il fotovoltaico, l'eolico e le batterie agli ioni di litio. Queste tecnologie possono avere vantaggi in determinate applicazioni o segmenti di mercato.

Principali tendenze di mercato

Progressi nei materiali e nelle tecniche di produzione

I progressi nella scienza dei materiali e nelle tecniche di produzione sono stati fondamentali per lo sviluppo di SOFC planari. I ricercatori si sono concentrati sulla scoperta e sulla progettazione di nuovi materiali per elettrodi, elettroliti e interconnessioni. Questi progressi nei materiali hanno migliorato le prestazioni, ridotto i costi di produzione e aumentato l'affidabilità delle SOFC. Ad esempio, lo sviluppo di nuovi materiali ceramici per elettroliti ha consentito temperature di esercizio inferiori, mitigando lo stress termico e migliorando la durata. Questa tendenza verso materiali più robusti è fondamentale per estendere la durata di vita delle SOFC e renderle più competitive in termini di costi.

Flessibilità del carburante e produzione di idrogeno

Una delle tendenze significative nel mercato delle SOFC planari è la ricerca di una maggiore flessibilità del carburante. Mentre l'idrogeno rimane una fonte di carburante primaria per le SOFC, gli sforzi di ricerca e sviluppo sono focalizzati sull'ampliamento della gamma di carburanti compatibili. Ciò include l'uso di idrocarburi, biocarburanti e ammoniaca. Inoltre, le SOFC vengono esplorate per il loro potenziale di produrre idrogeno tramite elettrolisi ad alta temperatura. Questo processo di "co-elettrolisi" può convertire acqua e anidride carbonica in idrogeno e monossido di carbonio, che possono quindi essere utilizzati come carburanti o materie prime per vari settori. La produzione di idrogeno sta acquisendo importanza nel contesto dell'economia globale dell'idrogeno.

Sistemi ibridi a celle a combustibile

I sistemi energetici ibridi che combinano le SOFC planari con altre tecnologie energetiche stanno diventando sempre più popolari. Questi sistemi ibridi mirano a massimizzare l'efficienza energetica, aumentare l'affidabilità del sistema e garantire un'alimentazione continua. Le combinazioni chiave includono SOFC abbinate a batterie, pannelli solari e persino microturbine. In tali configurazioni ibride, le SOFC planari fungono da fonte primaria di generazione di energia, mentre le batterie forniscono l'accumulo di energia per i periodi di picco della domanda e i pannelli solari contribuiscono durante le ore diurne. L'integrazione di diverse tecnologie offre il vantaggio di un'alimentazione costante e stabile, riducendo la dipendenza dalla rete.

Generazione di energia distribuita e microreti

La tendenza verso la generazione di energia distribuita e le microreti sta guidando l'adozione di SOFC planari nei sistemi energetici decentralizzati. Questi sistemi possono essere distribuiti nel punto di utilizzo o in prossimità di esso, fornendo elettricità e calore ad aree residenziali, commerciali e industriali. Le SOFC planari sono adatte per applicazioni di microreti grazie alla loro elevata efficienza e alla capacità di fornire calore ed energia combinati (CHP). Le microreti alimentate da SOFC migliorano la resilienza della rete, in particolare nelle aree soggette a interruzioni della rete o eventi meteorologici estremi. Offrono il potenziale per l'autosufficienza energetica e riducono la dipendenza dall'infrastruttura di alimentazione centralizzata.

Data center e alimentazione di backup e riduzione delle temperature operative

La crescente dipendenza dai data center e la necessità critica di un'alimentazione ininterrotta hanno portato all'adozione di SOFC planari come fonti di alimentazione primarie e di backup. Queste celle a combustibile possono fornire alimentazione altamente affidabile ed efficiente per le operazioni dei data center, riducendo il rischio di perdita di dati e tempi di inattività durante le interruzioni di corrente. I rapidi tempi di avvio e i lunghi tempi di esecuzione delle SOFC planari le rendono adatte all'uso come sistemi di alimentazione di backup per varie applicazioni critiche, tra cui strutture sanitarie, telecomunicazioni e centri di risposta alle emergenze. Il funzionamento ad alte temperature è stato una sfida per le SOFC planari a causa del degrado dei materiali e della complessità di produzione. Una tendenza significativa nel mercato è lo sforzo continuo per ridurre le temperature operative delle SOFC mantenendone l'efficienza. L'abbassamento delle temperature operative migliora la durata e la durata delle SOFC, riduce lo stress termico sui materiali e semplifica l'integrazione del sistema. Questa tendenza è in linea con l'obiettivo più ampio di rendere le SOFC più accessibili e versatili per varie applicazioni.

Approfondimenti segmentali

Approfondimenti sull'uso finale

Si prevede che il mercato dei data center crescerà nel periodo di previsione e, di conseguenza, anche il mercato dei sistemi di backup dell'alimentazione. Il 33% delle interruzioni dei data center è causato da interruzioni di corrente e un'interruzione di corrente costa molto ai data center gestiti. Elevata efficienza, grande capacità e capacità di generazione continua di energia hanno reso le celle a combustibile a ossidi solidi planari una scelta preferibile per il backup dell'alimentazione e le variazioni di tensione. L'India è una delle economie in più rapida crescita al mondo ed è probabile che stimoli la crescita dei data center basati su cloud pubblico. Il settore IT domina il mercato indiano come il più grande datore di lavoro del settore privato nel paese, dove i data center sono ampiamente utilizzati, spingendo così la crescita del mercato delle celle a combustibile a ossidi solidi planari. C'è stato un massiccio aumento nella ricerca e nei test pilota sull'utilizzo di celle a combustibile a ossido solido planare nei data center. Pertanto, con un aumento dell'utilizzo di Internet e la ricerca in corso sulle celle a combustibile a ossido solido planare, si prevede che il mercato crescerà nel periodo di previsione.

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Approfondimenti regionali

La regione Asia-Pacifico si è affermata come leader nel mercato globale delle celle a combustibile a ossido solido planare con una quota di fatturato significativa nel 2022

Sviluppi recenti

• La Cina ha in programma di produrre da 100.000 a 200.000 tonnellate di idrogeno rinnovabile all'anno e di avere una flotta di 50.000 veicoli alimentati a idrogeno entro il 2025. La Cina è attualmente il più grande mercato al mondo per camion e autobus a celle a combustibile e il terzo per veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV).
• Gli scienziati indiani hanno sviluppato internamente elettrocatalizzatori a base di platino per celle a combustibile attraverso una procedura efficiente. Questo elettrocatalizzatore ha mostrato proprietà comparabili all'elettrocatalizzatore disponibile in commercio e potrebbe migliorare la durata delle prestazioni della pila di celle a combustibile.
• Agosto 2022il National Renewable Energy Laboratory (NREL) ha iniziato a collaborare con Toyota Motor North America (Toyota) attraverso un accordo di ricerca e sviluppo cooperativo per costruire, installare e valutare un sistema di generazione di energia a celle a combustibile con membrana a scambio protonico (PEM) da 1 megawatt (MW) presso il Flatirons Campus del NREL.

Principali attori del mercato

• Bloom Energy
• Ceres Power
• Solido Potenza
• FuelCell Energy
• Siemens Energy
• Ultra Electronics
• Atrex Energy
• Ceramic Fuel Cells Limited
• Kyocera
• Versa Power Systems