固体酸化物燃料電池市場 - 世界の産業規模、シェア、傾向、機会、予測、タイプ別（平面型、管状型）、アプリケーション別（固定型、輸送用、ポータブル型）、エンドユーザー別（商用、データセンター、軍事・防衛、その他）、地域別、競合状況別、2019～2029年予測

市場概要

世界の固体酸化物燃料電池市場は、2023年に11億3,000万米ドルと評価され、予測期間中に33.33%のCAGRで成長し、2029年には64億1,000万米ドルに達すると予想されています。

固体酸化物燃料電池（SOFC）市場は、固体酸化物燃料電池技術の生産、流通、利用に関わるセクターを指します。SOFCは、燃料からの化学エネルギーを高効率かつ低排出で電気エネルギーに直接変換する電気化学デバイスです。固体セラミック電解質を使用し、通常500°C〜1,000°Cの高温で動作します。この高温動作により、水素、天然ガス、バイオガスなどのさまざまな燃料を利用できるため、さまざまな用途に使用できます。

市場には、SOFC システム、燃料電池スタック、および動作に必要なプラント周辺コンポーネントの開発など、いくつかのコンポーネントが含まれます。定置型発電、熱電併給 (CHP) システム、バックアップ電源ソリューションなど、複数のセクターにサービスを提供しています。SOFC 市場は、クリーンかつ効率的なエネルギー ソリューションの需要の増加、燃料電池技術の進歩、持続可能なエネルギー イニシアティブに対する政府の支援の拡大によって推進されています。市場の主要プレーヤーには、効率の向上、コストの削減、および SOFC 技術の用途の拡大に重点を置く技術開発者、製造業者、研究機関が含まれます。

主要な市場推進要因

クリーンかつ効率的なエネルギー ソリューションの需要の高まり

環境の持続可能性への重点の高まりと、よりクリーンなエネルギー源の必要性は、世界の固体酸化物燃料電池 (SOFC) 市場の主な推進要因です。石炭や天然ガスなどの従来のエネルギー源は、温室効果ガスの排出と環境悪化に大きく寄与しています。これに対応して、二酸化炭素排出量を削減し、エネルギー効率を高める技術の採用が世界中で進められています。SOFC は、高い電気効率と低排出量を提供するため、特に魅力的です。燃焼せずに化学エネルギーを直接電気に変換するため、窒素酸化物 (NOx)、硫黄酸化物 (SOx)、粒子状物質などの汚染物質を最小限に抑えることができます。

世界中の政府や規制機関は、より厳しい環境規制を実施し、温室効果ガスの排出削減に向けて野心的な目標を設定しています。この規制環境は、SOFC などのクリーン テクノロジーの開発と採用を促進しています。さらに、多くの国が再生可能エネルギー プロジェクトや持続可能なインフラストラクチャに投資しており、水素やバイオガスなどさまざまな燃料で動作できるため、SOFC が重要なコンポーネントとして含まれることがよくあります。

効率的なエネルギー ソリューションの需要は、エネルギー セキュリティを改善し、輸入燃料への依存を減らす必要性によっても推進されています。 SOFC は分散型発電システムに導入できるため、大規模発電所や大規模な送電網への依存度が軽減されます。この分散化は、従来の電力インフラが不足している遠隔地やサービスが行き届いていない地域で特に有益です。

産業プロセス、住宅暖房、バックアップ電源システムにおけるエネルギー効率の向上が、SOFC 技術の採用を加速させています。企業も消費者も、エネルギー コストを削減し、運用効率を向上させる方法を模索しています。SOFC 技術は進化を続けており、従来のエネルギー源とのコスト競争力が高まっており、市場の成長をさらに促進しています。

SOFC 技術の技術的進歩

技術的進歩は、固体酸化物燃料電池 (SOFC) の世界的な市場を牽引する上で重要な役割を果たしています。材料科学、製造プロセス、システム設計の革新により、SOFC の性能、信頼性、コスト効率が向上し、エネルギー市場での競争力が高まっています。

進歩の重要な領域の 1 つは、高性能の電解質と電極材料の開発です。従来の SOFC ではジルコニアベースの電解質が使用されていますが、最近の研究では、イオン伝導性が高く動作温度が低い代替材料に焦点が当てられています。たとえば、効率を改善し、SOFC の動作温度を下げるために、プロトン伝導性セラミックスや複合電解質が研究されています。動作温度が低いと、材料コストが削減され、システム寿命が長くなります。

製造技術の進歩も重要な推進力です。精密セラミック処理や高度なコーティング技術などの製造方法の改善により、SOFC コンポーネントの製造コストが削減され、パフォーマンスが向上しています。これらのイノベーションにより、SOFC システムを低コストで大量生産できるようになり、より幅広い用途や市場で利用しやすくなりました。

システム設計の改善も市場の成長に貢献しています。発電と熱回収を組み合わせた統合型 SOFC システム、いわゆる熱電併給 (CHP) システムが普及しつつあります。これらのシステムは、廃熱を追加の電力または加熱に利用することで全体的な効率を高め、運用コストをさらに削減し、SOFC 技術の経済的実現可能性を高めます。

SOFC コンポーネントの耐久性と劣化に関連する課題に対処するための研究開発 (R&D) の取り組みが進行中です。材料とシステム設計の革新は、SOFC の動作寿命を延ばし、熱サイクルやその他のストレス要因に対する耐性を向上させることを目的としています。

再生可能エネルギー技術に対する政府の支援とインセンティブ

政府の支援とインセンティブは、世界の固体酸化物燃料電池 (SOFC) 市場の重要な推進力です。世界中の多くの政府は、SOFC 技術がエネルギーの持続可能性に貢献する可能性を認識しており、その開発と採用を促進するための政策と財政的インセンティブを実施しています。

研究開発に対する補助金と助成金は、政府が提供する主な支援形態の 1 つです。これらの財政的インセンティブは、SOFC 技術の進歩に関連するコストを相殺し、材料、システム設計、製造プロセスのブレークスルーを促進します。R&D プログラムに対する公的資金は、イノベーションを加速し、新しい SOFC 製品とソリューションをより迅速に市場に投入するのに役立ちます。

R&D 支援に加えて、政府は SOFC システムの導入に対するインセンティブも提供しています。これらのインセンティブには、SOFC ベースの発電システムまたは熱電併給 (CHP) システムの設置に対する税額控除、払い戻し、または補助金が含まれる場合があります。これらの金銭的インセンティブにより、エンドユーザーの初期資本コストが削減され、SOFC 技術は住宅、商業、産業用途を含むさまざまな用途でより魅力的かつ経済的に実行可能になります。

クリーン エネルギーを促進し、温室効果ガスの排出を削減する規制の枠組みとポリシーも、SOFC 市場を牽引しています。多くの国が再生可能エネルギーの採用と排出削減について野心的な目標を設定しており、SOFC 技術の導入に好ましい環境が整えられています。たとえば、再生可能エネルギーを電力網に統合することを義務付けたり、排出削減目標を設定したりするポリシーは、従来の電源に代わる低排出の代替手段として SOFC の使用を奨励することができます。

国際的な協力とパートナーシップに対する政府の支援も、もう 1 つの重要な要素です。政府は、国、研究機関、民間企業間の協力を促進することで、知識、リソース、ベストプラクティスの交換を促進し、SOFC 技術の世界的な導入を加速することができます。

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主要な市場課題

高い動作温度と材料の耐久性

世界の固体酸化物燃料電池 (SOFC) 市場が直面している主な課題の 1 つは、最適なパフォーマンスを得るために必要な高い動作温度であり、材料の耐久性とシステムの寿命に関連する重大な問題を引き起こします。SOFC は通常、固体電解質で高いイオン伝導率と効率的な電気化学反応を達成するために必要な範囲である 500°C ～ 1,000°C の温度で動作します。ただし、このような高温は、いくつかの技術的および経済的課題をもたらします。

最初の課題は、SOFC システムで使用される材料の劣化です。高温では、セラミック電解質と電極材料が熱膨張と収縮を起こし、機械的ストレスと潜在的な故障につながる可能性があります。この熱サイクルにより、材料のひび割れ、剥離、または劣化が発生し、燃料電池の全体的な寿命と信頼性が低下します。さらに、高温によりさまざまなコンポーネント間で化学反応が起こり、パフォーマンスを低下させる望ましくない相が形成される可能性があります。

これらの耐久性の問題に対処するには、高温に耐え、経年劣化に抵抗できる高度な材料を開発するための広範な研究が必要です。新しいセラミック組成物や保護コーティングなどの材料科学の革新は、SOFC システムの寿命を延ばすために不可欠です。ただし、これらの材料の開発とテストには多大な投資と時間が必要であり、SOFC 技術の商業展開が遅れる可能性があります。

高い動作温度に関連する 2 つ目の課題は、SOFC システムの製造と保守のコストです。これらの温度で動作できる SOFC を製造するために必要な材料と製造プロセスは、低温燃料電池やその他のエネルギー技術で使用されるものと比較して高価です。このコスト増加は、特に価格に敏感な市場やコスト競争力が重要な要素となるアプリケーションでは、広範な採用の障壁となる可能性があります。

SOFC は動作温度が高いため高効率を達成できますが、材料の耐久性とシステム コストに関連する大きな課題も生じます。これらの課題に対処することは、SOFC 技術の商業的実現可能性と市場採用を改善するために不可欠です。

初期資本コストが高く経済的実現可能性が高い

世界の固体酸化物燃料電池 (SOFC) 市場が直面しているもう 1 つの大きな課題は、この技術に関連する初期資本コストが高いことです。SOFC システムでは、燃料電池スタックと関連するプラント周辺コンポーネントの両方に多額の投資が必要です。この高額な設備投資は、特にコスト競争力が重要な市場では、採用の大きな障壁となる可能性があります。

SOFC システムの初期コストが高い理由はいくつかあります。まず、高性能セラミックや特殊コーティングなど、SOFC 構造に使用される先進材料は製造コストが高いことです。これらの材料は、高効率と耐久性を確保するために必要ですが、システム全体のコストに大きく影響します。さらに、精密加工や品質管理措置を含む SOFC コンポーネントの製造プロセスも、費用をさらに増加させます。

熱管理システム、燃料処理ユニット、制御システムなど、SOFC の動作に必要なプラント周辺コンポーネントも、高い資本コストの原因となります。これらのコンポーネントは、SOFC システムの効率的で信頼性の高い動作を確保するために不可欠ですが、全体的な投資のかなりの部分を占めています。

SOFC システムの初期コストが高いと、特に初期コストが低い、またはより成熟した導入経路を提供する可能性のある代替エネルギー技術と比較すると、経済的実現可能性に影響を与える可能性があります。多くの潜在的なユーザーにとって、SOFC 技術への投資の決定は、長期的な節約、効率性の向上、環境上の利点などの要因を含む、好ましい費用対効果分析に依存します。初期資本コストが高いままであれば、投資収益率は支出を正当化するほど魅力的ではない可能性があります。

この課題を克服するために、SOFC 技術に関連するコストを削減することに継続的な取り組みが集中しています。これらの取り組みには、材料コストを削減するための材料科学の進歩、効率を高めコストを削減するための製造プロセスの改善、より小型で手頃な価格のユニットに導入できるスケーラブルでモジュール式の SOFC システムの開発が含まれます。政府による財政的インセンティブ、補助金、支援政策も、初期コストを相殺し、導入を促進する役割を果たすことができます。

初期資本コストが高いという課題に対処することは、SOFC 技術の市場を拡大し、より幅広い用途やユーザーにとってより実行可能なオプションにするために不可欠です。

主要な市場動向

熱電併給 (CHP) システムの導入増加

世界の固体酸化物形燃料電池 (SOFC) 市場における顕著な傾向は、熱電併給 (CHP) システムの導入増加です。コージェネレーション システムとも呼ばれる CHP システムは、電気を生成すると同時に廃熱を暖房用途に利用し、全体的な効率を高めます。 SOFC は、高い電気効率と高温での動作能力により効果的な熱回収が可能であるため、CHP アプリケーションに特に適しています。

CHP システムの需要は、いくつかの要因によって推進されています。まず、エネルギー効率と持続可能性がますます重視されています。廃熱を回収して利用することで、CHP システムは、効率率がはるかに低いことが多い従来の発電方法と比較して、70～90% の全体効率を達成できます。この効率の向上は、燃料消費量の削減と温室効果ガス排出量の削減につながり、世界的な持続可能性の目標と一致しています。

経済的インセンティブは、CHP システムの採用に役割を果たしています。多くの政府および規制機関は、SOFC ベースの CHP ユニットなどの効率的なエネルギー システムの設置を促進するために、税額控除、助成金、補助金などの金銭的インセンティブを提供しています。これらのインセンティブは、初期資本コストを相殺し、住宅用と商業用の両方のアプリケーションにおける SOFC 技術の経済的実現可能性を向上させるのに役立ちます。

信頼性が高く回復力のあるエネルギー システムに対するニーズが高まっていることから、CHP ソリューションへの関心が高まっています。停電が発生しやすい地域やグリッド インフラストラクチャが信頼できない地域では、CHP システムは継続的で信頼性の高いエネルギー供給を提供し、エネルギー セキュリティを向上させ、外部ソースへの依存を減らすことができます。

CHP システムへのトレンドは、SOFC のパフォーマンスと手頃な価格を向上させる技術の進歩によっても支えられています。材料、製造プロセス、システム統合のイノベーションにより、SOFC ベースの CHP ソリューションはコスト効率が高く、利用しやすくなり、その採用がさらに促進されています。

低温 SOFC 技術の進歩

低温固体酸化物燃料電池 (SOFC) 技術の進歩は、世界の SOFC 市場における重要なトレンドです。従来、SOFC は高いイオン伝導性と効率性を実現するために、高温 (500°C ～ 1,000°C) で動作します。しかし、最近の開発では、SOFC の動作温度を下げながら、性能を維持または向上させることに重点が置かれています。

低温 SOFC は 500°C 未満の温度で動作し、いくつかの利点があります。まず、動作温度が低下すると材料への熱応力が軽減され、耐久性が向上し、動作寿命が長くなります。この進歩により、熱サイクルによる材料の劣化やメンテナンス コストの増加という従来の高温 SOFC の大きな課題の 1 つが解決されます。

動作温度が低いと、より安価で入手しやすい材料を使用できます。たとえば、低温でも性能を発揮する代替電解質材料や電極組成により、SOFC システム全体のコストを削減できます。この材料コストの削減により、SOFC 技術は他のエネルギー技術に対してより競争力を持つようになります。

低温 SOFC は、再生可能エネルギー源や住宅暖房システムなど、他のエネルギー システムとより簡単に統合できます。幅広い燃料との互換性と、さまざまな構成で効率的に動作できる能力により、その汎用性と市場の魅力が高まります。

低温 SOFC 技術へのトレンドは、進行中の研究開発の取り組みによって支えられています。新しい電解質と電極材料の開発を含む材料科学の進歩は、より低い動作温度を実現し、SOFC システムの全体的なパフォーマンスを向上させるために不可欠です。

遠隔地およびオフグリッド地域での SOFC アプリケーションの成長

遠隔地およびオフグリッド地域での固体酸化物形燃料電池 (SOFC) アプリケーションの成長は、世界の SOFC 市場における重要なトレンドです。SOFC 技術には、従来の電力インフラへのアクセスが限られている地域での使用に特に適したいくつかの利点があります。

電力網の拡張が経済的に実現不可能またはロジスティックス的に困難な遠隔地およびオフグリッド地域では、SOFC は信頼性が高く効率的な発電の代替手段となります。グリッドから独立して動作できるため、孤立したコミュニティ、遠隔地の工業地帯、一時的な施設での用途に最適です。

SOFC は、燃料の柔軟性もあって遠隔地でも有利です。水素、天然ガス、バイオガスなど、地元で調達または生産できるさまざまな燃料を利用できます。この燃料の柔軟性により、大規模な燃料輸送および貯蔵インフラストラクチャの必要性が減り、SOFC システムは遠隔地での用途により実用的になります。

オフグリッドの場所で SOFC を使用する傾向は、その高効率と低排出によってさらに後押しされています。環境問題とエネルギー効率が優先される地域では、SOFC 技術はクリーンかつ効率的なエネルギー ソリューションを提供します。さらに、SOFC システムのモジュール式でスケーラブルな性質により、遠隔地またはオフグリッド アプリケーションの特定のエネルギー ニーズを満たすカスタマイズされたソリューションが可能になります。

技術が進歩し、コスト効率が向上するにつれて、遠隔地およびオフグリッドの場所での SOFC の採用は拡大すると予想されます。再生可能エネルギーイニシアチブの拡大と、SOFC と太陽光または風力発電を組み合わせたハイブリッドシステムの開発により、これらの環境での SOFC 技術の実行可能性がさらに高まります。

セグメント別インサイト

タイプ別インサイト

平面セグメントは、2023 年に最大の市場シェアを占めました。平面 SOFC は、一般に管状 SOFC よりも製造コストが安価です。平面構成では、積み重ね可能な薄く平らな層の燃料電池材料を使用できるため、製造プロセスが簡素化されます。この積み重ね可能な設計により、効率的な大量生産が可能になり、製造コストが削減されるため、平面 SOFC は広範囲に展開する上でより魅力的になります。

平面設計は、モジュール式でスケーラブルなシステム構成をサポートします。複数の平面セルを積み重ねることで、メーカーはさまざまなエネルギー需要に合わせて出力を簡単にスケールアップできます。このモジュール性は、さまざまな電力容量が求められる住宅用から商業・工業用まで、さまざまな用途に特に有益です。

平面型 SOFC は、コンパクトでフラットな構造のため、さまざまな用途に非常に適応できます。熱電併給 (CHP) システムを含む多様なエネルギー システムに統合でき、より複雑な管状設計に比べて既存のインフラストラクチャに組み込むのが簡単です。この柔軟性により、幅広い用途や市場での魅力が高まります。

平面構成により、生産プロセスの合理化と自動化が可能になります。この効率性により、全体的な生産時間とコストが削減され、市場での平面型 SOFC システムの価格低下に貢献します。

地域別インサイト

2023 年には北米地域が最大の市場シェアを占めました。北米、特に米国とカナダは、技術革新と研究の中心地です。この地域には、SOFC 技術の進歩に専念する数多くの主要な研究機関、大学、民間企業が存在します。この強力な研究開発環境により、SOFC の効率、耐久性、コスト効率が継続的に向上し、北米は SOFC 開発の最前線に位置付けられています。

北米の政府政策と資金提供イニシアチブは、SOFC 市場の成長に重要な役割を果たしています。米国政府とカナダ政府はどちらも、SOFC を含むクリーン エネルギー技術を支援するために、財政的インセンティブ、助成金、補助金を提供しています。温室効果ガスの排出を削減し、エネルギー効率を促進することを目的としたプログラムは、SOFC システムに対する市場の需要を高めています。連邦および州レベルの政策も、税額控除や研究資金を通じて、高度なエネルギー技術への投資を奨励しています。

北米では、特に遠隔地やオフグリッドの場所で、エネルギー コストが比較的高く、信頼性の高い電力ソリューションに対する需要が高まっています。効率が高く、信頼性の高い電力を供給できる SOFC は、これらのニーズに効果的に対応します。多様な燃料で動作し、電気と熱の両方を提供できるため、SOFC は住宅、商業、産業部門を含むさまざまな用途にとって魅力的です。

北米には、SOFC 技術の導入と統合のためのインフラストラクチャが確立されています。これには、高度な製造能力、燃料電池コンポーネントのサプライ チェーン、メンテナンスとサポートのためのサービス ネットワークが含まれます。この地域の成熟した市場インフラストラクチャは、SOFC システムの採用と拡張を促進します。

最近の開発

• 2023 年 10 月、ポーランドの電力工学研究所 (IEn) は、固体酸化物電気化学セルのスタックを組み込んだシステムの開発と商品化に成功しました。HYDROGIN と呼ばれるこの革新的なシステムは、積層造形などの費用対効果の高い製造方法を利用しています。HYDROGIN システムは、エルブロンクにある Energa の熱電併給施設との統合用に設計された可逆固体酸化物セル (rSOC) を備え、CBRF Energa SA と ORLEN に導入されています。この設備により、施設の運用の柔軟性が向上し、水素製造のための再生可能エネルギー源の使用が最適化されます。さらに、HYDROGINシステムの固体酸化物セルスタックのセラミックシーリングは、ポーランドの大手R＆D企業であるSygnis SAの高度な3Dプリント技術を使用して製造されました。
• 2024年5月、トヨタモーターノースアメリカ（TMNA）は、燃料電池と水素技術の進歩を推進するために、カリフォルニアのR＆D施設を北米水素本部（H2HQ）としてブランド変更しました。このブランド変更は、水素と燃料電池のイノベーションを推進するという戦略的重点を反映しています。新しく指定されたH2HQは、北米全土での水素関連製品と技術の研究開発、商品化、戦略計画、販売をサポートする機能を強化するために、包括的な再設計が行われました。この変革は、トヨタの水素イニシアチブを推進するためのコラボレーションと効率性を高めることを目的としています。
• 日産自動車は、電気自動車の生産能力を強化する戦略の一環として、2024年3月にバイオエタノールを燃料とする固体酸化物形燃料電池の試験導入を発表しました。高効率発電が認められているこの先進的な燃料電池技術は、日産の生産活動に大きな影響を与え、カーボンニュートラルの達成を促進することが期待されています。日産は、2050年までにすべての事業でカーボンニュートラルを達成し、製造工場を完全電動化するという目標を設定しました。同社は、この野心的な持続可能性イニシアチブの一環として、すべての電力を再生可能エネルギー源と代替燃料から調達することを約束しています。

主要な市場プレーヤー

• シーメンスAG
• ブルームエナジーコーポレーション
• フューエルセルエナジー社
• ロールスロイス社
• サンファイア社
• 三菱重工業株式会社
• ボッシュサーモテクニックGmbH
• Acumentrics, Inc.
• 日本ケミコン株式会社
• ゼネラル・エレクトリック・カンパニー