고분자 전해질 막(PEM) 연료 전지 시장 – 최종 용도(자동차, 산업, 상업, 주거), 응용 분야(고정형, 휴대용, 운송), 지역, 경쟁에 따른 글로벌 산업 규모, 점유율, 추세, 기회 및 예측 2018-2028

글로벌 폴리머 전해질 멤브레인(PEM) 연료 전지 시장

주요 시장 동인

폴리머 전해질 멤브레인(PEM) 연료 전지 시장은 PEM 연료 전지 시스템의 개발, 제조 및 배치에 중점을 둔 청정 에너지 산업 부문입니다. PEM 연료 전지는 높은 에너지 효율성, 낮은 배출 및 운송, 고정 발전 및 휴대용 장치를 포함한 다양한 응용 분야에 적합한 것으로 알려져 있습니다. 이 시장은 성장과 개발에 영향을 미치는 몇 가지 주요 동인의 영향을 받습니다. 다음은 PEM 연료 전지 시장의 주요 동인입니다. 기후 변화를 완화하고 온실 가스 배출을 줄이기 위한 깨끗하고 지속 가능한 에너지원에 대한 글로벌 추진은 PEM 연료 전지 시장의 주요 동인입니다. PEM 연료 전지는 수소와 산소의 화학 반응을 통해 전기를 생산하며, 부산물로 수증기만 배출하기 때문에 깨끗한 에너지원입니다. 운송 부문은 PEM 연료 전지, 특히 연료 전지 전기 자동차(FCEV)에 큰 기회를 제공합니다. 정부와 자동차 제조업체는 탄소 배출을 줄이고 대기 질을 개선해야 할 필요성에 따라 내연 기관의 대안으로 FCEV 기술에 투자하고 있습니다. 수소를 생산, 저장, 에너지 운반체로 사용하는 수소 경제의 발전은 PEM 연료 전지의 강력한 원동력입니다. 수소는 재생 에너지를 포함한 다양한 출처에서 생산할 수 있으며, 연료 전지에서 전기를 효율적으로 생성하는 데 사용할 수 있습니다. PEM 연료 전지는 그리드 수준 에너지 저장 및 백업 전원 시스템과 같은 에너지 저장 애플리케이션에서 역할을 할 수 있습니다. 간헐적인 재생 에너지원의 균형을 맞추기 위한 안정적이고 효율적인 에너지 저장 솔루션에 대한 필요성이 시장을 주도합니다.

분산형 에너지 생성

PEM 연료 전지는 분산형 또는 분산형 에너지 생성에 사용할 수 있습니다. 이들은 주거 및 상업용 건물에 전기와 난방을 모두 제공하는 열병합 발전(CHP) 응용 분야에 적합합니다. 연료 전지를 포함한 청정 에너지 기술을 촉진하기 위한 지원 정부 정책, 인센티브 및 보조금은 PEM 연료 전지 시스템에 대한 투자와 채택을 장려합니다.

연구 개발

PEM 연료 전지 기술의 성능, 내구성 및 비용 효율성을 개선하기 위한 지속적인 연구 개발 노력은 시장의 발전을 주도하고 있습니다. 재료 및 제조 공정의 혁신은 시장 성장에 기여합니다. 수소 및 연료 전지 연구 및 개발에 대한 국가 및 국제 기구 간의 협력은 혁신을 촉진하고 시장 기회를 확대합니다. PEM 연료 전지 기술이 성숙함에 따라 기존 용도를 넘어서는 응용 분야를 찾습니다. 여기에는 통신 인프라의 백업 전원, 오프그리드 발전 및 가전제품용 소규모 휴대용 연료 전지가 포함됩니다. 소비자와 기업 사이에서 청정 에너지 솔루션과 환경 문제에 대한 인식이 높아짐에 따라 지속 가능하고 효율적인 에너지원으로서 PEM 연료 전지에 대한 관심이 커지고 있습니다. FCEV용 수소 충전 인프라의 확장은 PEM 연료 전지 차량 채택을 위한 중요한 원동력입니다. 인프라에 대한 투자는 시장 성장을 지원하는 데 필수적입니다. PEM 연료 전지 기술의 역량과 이점을 보여주는 유명 시범 프로젝트와 파일럿 프로그램은 신뢰를 구축하고 시장 수용을 촉진하는 데 도움이 됩니다.

주요 시장 과제

높은 제조 비용

PEM 연료 전지의 주요 과제 중 하나는 전극에서 백금과 같은 값비싼 촉매 물질을 사용하기 때문에 비교적 높은 제조 비용입니다. 이러한 비용을 줄이는 것은 PEM 연료 전지를 다른 에너지원과 더 경쟁력 있게 만드는 데 필수적입니다. PEM 연료 전지는 경제적으로 실행 가능하려면 장기간 효율적으로 작동해야 합니다. 연료 전지 구성 요소, 특히 양성자 전도성 막과 촉매의 장기적인 내구성과 수명을 보장하는 것은 중대한 과제입니다. PEM 연료 전지에 사용되는 촉매는 오염 물질, 연료 불순물, 고전압 사이클링과 같은 요인에 민감합니다. 촉매 분해는 연료 전지의 성능과 수명에 상당한 영향을 미칠 수 있습니다. 수소는 PEM 연료 전지의 주요 연료이며, 그 저장, 운송 및 유통은 여전히 중대한 과제입니다. 효율적이고 안전하며 비용 효율적인 수소 인프라를 개발하는 것은 시장 성장에 필수적입니다. 포괄적인 수소 연료 인프라가 부족한 것은 특히 연료 전지 차량의 광범위한 채택에 있어 과제입니다. 수소 충전소를 확장하려면 상당한 투자와 조정이 필요합니다. 대부분의 수소 생산은 화석 연료에 의존하는데, 이는 깨끗한 에너지라는 목표와 모순됩니다. 재생 에너지원을 사용한 전기 분해와 같은 확장 가능하고 지속 가능한 수소 생산 방법을 개발하는 것은 과제입니다. PEM 연료 전지는 양성자 전도성 막의 탈수나 침수를 방지하기 위해 적절한 물 관리가 필요합니다. 연료 전지 내의 수분 함량을 균형 있게 조절하는 것은 최적의 성능을 위해 중요합니다.

저온 시동 및 동결

PEM 연료 전지를 추운 날씨에 작동시키는 것은 전지 내에서 수분이 동결될 가능성이 있기 때문에 어려울 수 있습니다. 효과적인 난방 및 단열 솔루션을 개발하는 것은 추운 날씨에 적용하는 데 필수적입니다. 실험실 규모의 프로토타입에서 대규모 상업 생산으로 전환하는 것은 종종 어렵습니다. PEM 연료 전지 제조업체에 있어서 일관된 성능과 안정성을 대규모로 보장하는 것은 상당한 장애물입니다. 수소는 가연성이 있으며 특히 운송 분야에서 안전 문제를 야기합니다. 수소의 안전한 취급, 보관 및 사용을 보장하는 것은 대중의 수용에 중요합니다. PEM 연료 전지는 리튬 이온 배터리 및 고체 산화물 연료 전지와 같이 다양한 장점을 제공하고 특정 응용 분야에 더 적합할 수 있는 다른 청정 에너지 기술과 경쟁해야 합니다. 수소 및 연료 전지 기술과 관련된 일관되지 않은 규제 프레임워크와 정책은 시장 성장을 방해할 수 있습니다. 채택을 장려하기 위해서는 명확하고 지원적인 규정이 필요합니다. 연료 전지 기술에 대한 인식을 높이고 대중의 신뢰를 구축하는 것은 어려운 일입니다. 연료 전지에 대한 대중의 인식과 이해, 특히 내연 기관과 같은 잘 확립된 기술과 비교할 때, 이는 채택률에 영향을 미칠 수 있습니다.

이러한 과제에도 불구하고, 지속적인 연구 개발 노력, 정부 지원, 산업과 학계의 협력은 이러한 문제 중 많은 부분을 해결하고 있습니다. 기술이 발전하고 깨끗한 에너지 목표가 더욱 중요해짐에 따라 PEM 연료 전지는 지속 가능하고 효율적인 에너지 솔루션을 달성하는 데 중요한 역할을 할 것으로 예상됩니다. 이러한 과제를 극복하는 것은 PEM 연료 전지 시장이 최대한의 잠재력을 발휘하고 더 깨끗하고 지속 가능한 에너지 미래에 기여하는 데 필수적입니다.

주요 시장 동향

정부 이니셔티브와 증가하는 민간 투자가 시장을 주도할 것으로 예상

PEM 연료 전지 시장은 지난 2년 동안 주요 시장에 정부 이니셔티브를 도입하고 민간 부문의 투자 지원을 늘린 덕분에 상당한 성장을 보였습니다. 캘리포니아 에너지 위원회의 대체 및 재생 가능 연료 및 차량 기술 프로그램은 2013년 정부 주도로 처음 100개의 소매 수소 충전소에 공동 자금을 지원하는 장기 권한을 확립했습니다. 이를 통해 민간 부문이 연료 전지 시장에 투자하게 되었습니다. 캘리포니아 연료 전지 파트너십은 2030년까지 1,000개의 수소 충전소 네트워크와 최대 1,000,000대의 연료 전지 차량을 목표로 합니다. 이 목표는 연료 전지 기술 회사, 자동차 제조업체, 에너지 회사, 정부 기관 및 비정부 기구, 대학을 포함한 40개 이상의 파트너의 의견과 합의를 반영합니다. 2022년 2월, 한 프로젝트에서 고온 고분자 전해질 막 연료 전지(HT-PEMFC)가 효과적인 열 제거로 인해 중장비 차량 및 기타 대규모 모빌리티 애플리케이션을 전기화하는 매력적인 솔루션을 제공한다는 것을 보여주었습니다. 또한 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), Toyota Research Institute of North America(Zhendong Hu 및 Hongfei Jia)를 포함한 여러 기관이 이 p에 참여했습니다. 연료 전지 중에서 PEM 유형이 가장 인기가 있습니다. 유럽의 연료 전지 배치 목표에서 중요한 역할을 하고 PEM 연료 전지 시장을 주도할 것으로 예상됩니다.

2022년 2월, 로스앨러모스 국립연구소의 과학자들은 더 높은 온도에서 작동하는 새로운 폴리머 연료 전지를 개발했습니다. 트럭 및 버스와 같은 차량에서 중형 및 대형 연료 전지를 사용하는 데 가장 큰 기술적 장애물 중 하나인 과열이라는 오랜 문제는 80~160도 섭씨에서 작동하고 최첨단 연료 전지보다 정격 전력 밀도가 높은 새로운 고온 폴리머 연료 전지로 해결되었습니다. 또한 전 세계적으로 연료 전지 기반 차량 수요가 증가하고 있습니다. 북한과 미국은 연료 전지 기반 차량 재고 측면에서 세계를 선도하는 국가입니다. 2021년에 북한과 미국은 각각 세계 연료 전지 기반 차량 재고의 38%와 24%를 차지했습니다. 따라서 이러한 정부 이니셔티브와 투자는 예측 기간 동안 시장을 촉진할 가능성이 높습니다. 따라서 위에서 언급한 요인으로 인해 정부 이니셔티브와 PEMFC 기술에 대한 민간 투자 증가가 예측 기간 동안 시장을 주도할 것으로 예상됩니다.

세그먼트 통찰력

최종 사용 통찰력

지역 통찰력

아시아 태평양 지역은 2022년에 상당한 수익 점유율을 기록하며 글로벌 폴리머 전해질 멤브레인(PEM) 연료 전지 시장의 선두 주자로 자리매김했습니다.

최근 개발

• 중국은 연간 100,000~200,000톤의 재생 수소를 생산하고 2025년까지 수소 연료 차량을 50,000대 보유할 계획입니다. 중국은 현재 연료 전지 트럭과 버스의 세계 최대 시장이며, 연료 전지 전기 자동차(FCEV)의 경우 세 번째로 큰 시장입니다.
• 인도 과학자들은 효율적인 절차를 통해 연료 전지용 백금 기반 전기 촉매를 국산화했습니다. 이 전기 촉매는 상업적으로 판매되는 전기 촉매와 비슷한 특성을 보였으며 연료 전지 스택 성능의 수명을 향상시킬 수 있습니다.
• 2022년 8월미국 재생 에너지 연구소(NREL)는 Toyota Motor North America(Toyota)와 협력 연구 개발 계약을 통해 NREL의 Flatirons 캠퍼스에 1메가와트(MW) 양성자 교환막(PEM) 연료 전지 발전 시스템을 구축, 설치 및 평가하기 시작했습니다.

주요 시장 참여자

• Ballard Power System
• 플러그 전원
• Bloom Energy
• 연료 전지 에너지
• Hydrogenics(현재 Cummins Inc.의 일부)
• Nuvera Fuel Cells
• Doosan Fuel Cell America
• Nel Hydrogen
• Advent Technologies
• SFC Energy