북미 고체산화물 연료전지 시장 유형별(평면 및 관형), 응용 분야별(고정형, 운송 및 휴대용), 최종 사용자별(상업용, 데이터 센터, 군사 및 방위 및 기타), 국가별, 경쟁 예측 및 기회별, 2018-2028

시장 개요

북미 고체 산화물 연료 전지 시장은 2022년에 2억 8,635만 달러의 가치를 지녔으며 2028년까지 15.92%의 CAGR로 예측 기간 동안 강력한 성장을 보일 것으로 예상됩니다. 고체 산화물 연료 전지 시장 점유율은 신흥국에서 수소 연료 인프라 개발에 대한 투자가 증가함에 따라 강화될 것으로 예상됩니다. 이 산업 추세는 고효율 장치의 채택 증가와 온실 가스에 대한 우려 증가에 의해 주도될 것입니다. 또한, 사업 시나리오는 확장 가능한 전력 출력, 효율적인 열 회수, 오프 그리드 위치에서 열과 전력을 결합 생산할 수 있는 잠재력에 의해 주도될 것입니다.

주요 시장 동인

에너지 효율성과 환경적 우려 증가

북미 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 시장은 주로 개선된 에너지 효율성에 대한 시급한 필요성과 환경적 우려 증가로 인해 강력한 성장을 목격하고 있습니다. 세계가 기후 변화의 결과에 맞서 싸우고 온실 가스 배출을 줄이기 위해 노력함에 따라 SOFC 기술은 이러한 과제를 해결하는 유망한 솔루션으로 부상했습니다.

SOFC 채택의 주요 동인 중 하나는 뛰어난 에너지 효율성입니다. 기존의 연소 기반 발전 방법과 달리 SOFC는 상당히 높은 효율로 작동하며, 종종 60%를 넘습니다. 이러한 높은 효율성은 수소 또는 탄화수소 연료를 전기로 직접 전기로 전환하여 중간 단계와 관련된 열 손실을 우회하여 달성됩니다. 결과적으로 SOFC는 발전, 운송 및 산업 공정을 포함한 다양한 응용 분야의 탄소 발자국을 크게 줄일 수 있습니다.

또한 SOFC는 특히 깨끗한 수소 또는 바이오가스로 구동될 때 낮은 배출의 이점을 제공합니다. 작동으로 인해 질소 산화물(NOx) 및 입자상 물질과 같은 대기 오염 물질이 최소화되어 기존 연소 기술에 대한 더 깨끗한 대안이 됩니다. 이러한 환경적 이점은 북미의 엄격한 배출 규정과 일치하며 다양한 산업에서 SOFC 채택을 강화합니다.

또한 분산형 에너지 생산 및 마이크로그리드에 대한 관심이 커지면서 SOFC에 대한 수요가 증가하고 있습니다. 이러한 시스템은 그리드 연결 및 오프그리드 응용 프로그램 모두에 안정적이고 회복성 있는 발전 솔루션을 제공합니다. 정전이 발생하기 쉬운 지역이나 그리드 접근이 제한된 지역에서 SOFC는 중단 없는 에너지 공급을 보장하는 매력적인 옵션을 제공합니다. 이러한 추세는 특히 외딴 지역 사회, 군사 기지 및 중요 인프라 시설에서 두드러집니다.

요약하면, 에너지 효율성과 환경적 지속 가능성에 대한 강조가 증가함에 따라 북미 SOFC 시장이 크게 성장하고 있습니다. 뛰어난 효율성과 낮은 배출 프로필을 갖춘 SOFC는 이 지역에서 탄소 배출을 줄이고 에너지 회복력을 강화하는 데 중요한 역할을 할 수 있는 좋은 위치에 있습니다.

연구 개발에 대한 투자 증가

북미 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 시장 성장을 견인하는 또 다른 매력적인 요소는 SOFC 기술과 관련된 연구 개발(R&D) 활동에 대한 투자가 증가하고 있다는 것입니다. 정부, 민간 기업 및 연구 기관이 다양한 응용 분야에서 SOFC의 잠재력을 인정함에 따라 SOFC 소재, 제조 공정 및 시스템 통합의 최첨단 기술을 발전시키기 위해 상당한 자금이 할당되고 있습니다.

R&D의 핵심 초점 중 하나는 전해질, 전극 및 상호 연결을 포함한 SOFC 구성 요소를 위한 고급 소재의 개발입니다. 이러한 소재는 SOFC의 성능, 내구성 및 비용 효율성을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다. 연구자들은 SOFC 시스템의 전반적인 효율성과 수명을 증가시키기 위해 산화세륨 기반 전해질 및 페로브스카이트 기반 전극과 같은 새로운 소재를 적극적으로 탐색하고 있습니다.

또한 제조 공정은 R&D 노력의 중요한 영역입니다. 생산 방법을 간소화하고 제조 비용을 절감하는 것은 SOFC 기술의 경제적 경쟁력을 달성하는 데 중요합니다. 연구자들은 SOFC 구성 요소의 생산 비용을 줄이기 위해 테이프 캐스팅 및 스크린 인쇄와 같은 확장 가능하고 비용 효율적인 제조 기술을 연구하고 있습니다.

또한 시스템 통합 연구는 고정 발전, 운송 및 휴대용 장치를 포함한 다양한 응용 분야에 SOFC를 통합하는 것을 최적화하는 것을 목표로 합니다. 여기에는 제어 시스템 개발, 다른 전원과의 하이브리드화, 기존 인프라에 원활하게 통합하기 위한 호환성 문제 해결이 포함됩니다.

공공-민간 파트너십, 정부 보조금 및 인센티브는 이러한 R&D 노력을 지원하는 데 중요한 역할을 했습니다. 미국 에너지부의 고체 산화물 연료 전지 프로그램과 같은 이니셔티브는 SOFC 기술의 개발과 배포를 촉진하기 위해 상당한 자금과 자원을 제공했습니다. 이러한 투자는 기술을 발전시켰을 뿐만 아니라 SOFC 도입에 유리한 시장 환경을 조성하는 데 기여했습니다.

결론적으로, 연구 개발에 대한 투자 증가는 북미 SOFC 시장의 주요 원동력으로 작용합니다. 이러한 노력은 혁신, 비용 절감 및 향상된 성능의 길을 열어 SOFC를 광범위한 응용 분야에서 점점 더 경쟁력 있고 매력적으로 만들고 있습니다.

진화하는 에너지 환경과 그리드 회복력

북미 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 시장은 진화하는 에너지 환경과 그리드 회복력에 대한 강조가 증가함에 따라 추진되고 있습니다. 이 지역에서 에너지 생산 및 분배 패턴이 변화함에 따라 SOFC는 간헐적인 재생 에너지원이 제기하는 과제를 해결하고 에너지 안보를 강화할 수 있는 다재다능하고 안정적인 기술로 부상하고 있습니다.

에너지 환경에서 주목할 만한 변화 중 하나는 풍력 및 태양광과 같은 재생 에너지원의 통합입니다. 이러한 에너지원은 환경적 이점을 제공하지만 본질적으로 간헐적이어서 안정적인 전력 공급을 유지하는 데 어려움이 있습니다. SOFC는 주문형 고효율 전력 생산을 제공함으로써 이러한 간헐성을 완화하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다. 빠르게 시작하고 중지할 수 있어 부하 추종 및 그리드 안정화에 적합합니다.

또한 SOFC는 천연 가스 및 바이오가스를 포함한 다양한 연료로 작동할 수 있습니다. 이러한 유연성 덕분에 재생 에너지원을 보완하고 화석 연료에 대한 의존도를 줄이는 브리지 기술 역할을 할 수 있습니다. SOFC는 수요가 많은 기간이나 재생 에너지 발전량이 낮은 기간에 전기를 생성하는 데 사용할 수 있으므로 보다 균형 잡히고 안정적인 그리드에 기여할 수 있습니다.

극한 기상 현상과 사이버 보안 위협에 직면하여 그리드 복원력에 대한 필요성이 점점 더 분명해졌습니다. SOFC는 병원, 데이터 센터, 비상 대응 센터와 같은 중요 인프라에 백업 전원을 제공하는 데 적합합니다. 그리드와 독립적으로 작동할 수 있는 능력과 빠른 시작 시간으로 인해 비상 시 중단 없는 전력 공급을 보장하는 데 귀중한 자산이 됩니다.

또한, 미크로그리드 기술의 발전으로 지역 에너지 시스템에서 SOFC 채택이 촉진되고 있습니다. 미크로그리드는 자율적으로 또는 주 그리드와 함께 작동하여 커뮤니티와 기업에 향상된 복원력과 에너지 보안을 제공할 수 있습니다. SOFC는 이러한 미크로그리드에서 기본 또는 백업 전원으로 사용되어 안정성에 기여할 수 있습니다.

요약하면, 진화하는 에너지 환경과 그리드 복원력에 대한 필요성이 커지는 것이 북미 SOFC 시장의 중요한 원동력입니다. SOFC는 재생 에너지 통합과 관련된 과제를 해결하고 중단 시에도 중요한 서비스의 연속성을 보장하는 다재다능하고 신뢰할 수 있는 솔루션을 제공합니다.

주요 시장 과제

높은 초기 비용과 제한된 상업적 실행 가능성

북미 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 시장이 직면한 주요 과제 중 하나는 SOFC 시스템의 높은 초기 비용과 기존 에너지 기술에 비해 제한된 상업적 실행 가능성입니다. SOFC는 높은 효율성과 낮은 배출과 같은 여러 가지 장점을 제공하지만 이러한 시스템을 개발, 제조 및 설치하는 데 필요한 사전 투자는 광범위한 채택에 대한 상당한 장벽으로 남아 있습니다.

비용 과제는 주로 세라믹 전해질 및 전극을 포함하여 SOFC 구성 요소를 생산하는 데 관련된 복잡한 재료와 제조 공정에서 발생합니다. 이러한 재료는 고온과 혹독한 작동 조건을 견뎌야 하며, 종종 특수 제조 기술과 재료가 필요하여 생산 비용이 상승합니다. 또한 SOFC 시스템의 생산량이 기존 에너지 기술에 비해 적어 규모의 경제를 완전히 실현할 수 없습니다.

게다가 SOFC는 일반적으로 연료 처리 장치, 열교환기, 제어 시스템을 포함한 광범위한 플랜트 구성 요소가 필요하여 전체 비용에 더욱 기여합니다. 결과적으로 발전 또는 기타 응용 분야에 SOFC 시스템을 배치하는 데 필요한 자본 지출은 많은 잠재 고객에게 금지될 수 있으므로 상업적 실행 가능성이 제한됩니다.

이러한 과제를 해결하려면 연구와 혁신을 통해 SOFC 기술 비용을 줄이기 위한 협력이 필요합니다. 재료 과학, 제조 기술 및 시스템 통합의 발전은 생산 비용을 낮추고 에너지 시장에서 SOFC의 경쟁력을 강화하는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 정부의 인센티브와 보조금은 초기 투자 부담을 상쇄하고 SOFC 기술 채택을 장려하는 데 중요한 역할을 할 수 있습니다.

내구성 및 신뢰성 문제

북미 SOFC 시장이 직면한 중요한 과제 중 하나는 작동 수명 동안 SOFC 시스템의 내구성과 신뢰성과 관련이 있습니다. SOFC는 종종 800도 섭씨를 초과하는 높은 작동 온도를 감안할 때 재료 열화 및 열 응력에 취약하여 궁극적으로 장기 성능과 신뢰성에 영향을 미칩니다.

SOFC의 주요 내구성 문제는 셀 구성 요소, 특히 전극과 전해질의 열화와 관련이 있습니다. 시간이 지남에 따라 반복적인 열 사이클과 반응성 가스에 노출되면 재료가 열화되어 셀 성능과 효율성이 저하될 수 있습니다. 또한 세라믹 구성 요소에 균열이나 결함이 형성되면 SOFC 스택의 구조적 무결성이 손상되어 조기 고장이 발생할 수 있습니다.

이러한 문제를 해결하기 위해 지속적인 연구 노력은 SOFC의 까다로운 작동 조건을 견딜 수 있는 보다 견고한 재료와 설계를 개발하는 데 집중되어 있습니다. 여기에는 안정성과 열화 저항성이 향상된 고급 전극 재료의 개발이 포함됩니다. 또한 SOFC 시스템 내의 열 관리에 대한 더 나은 이해와 제어를 얻는 것은 열 응력을 완화하고 전반적인 내구성을 향상시키는 데 도움이 될 수 있습니다.

신뢰성도 중요한 문제로 떠오르고 있으며, 특히 백업 전원 시스템 및 마이크로그리드와 같이 중단 없는 전원 공급이 필수적인 애플리케이션에서 그렇습니다. SOFC의 신뢰성을 보장하려면 중복성 및 내결함성 메커니즘을 통합한 견고한 시스템 설계가 필요합니다. 또한 시스템 성능을 저하시킬 수 있는 문제를 식별하고 해결하기 위해 지속적인 모니터링과 유지 관리가 필수적입니다.

수소 인프라 및 연료 공급

북미 SOFC 시장은 세 가지 주요 과제에 직면합니다. 첫째, SOFC의 일반적인 연료인 수소 공급을 위한 가용성과 인프라를 보장해야 합니다. 수소는 다재다능하고 연소가 깨끗한 특성으로 인해 SOFC에 적합한 선택이지만, 신뢰할 수 있는 수소 공급망과 인프라를 구축하는 것은 여전히 큰 장애물입니다.

게다가 수소 생산, 저장 및 유통에는 상당한 투자와 인프라 개발이 필요합니다. 현재 대부분의 수소 생산 방법은 천연 가스를 개질하는 것을 포함하며, 탄소 포집 및 활용 기술을 사용하지 않으면 이산화탄소가 배출됩니다. 환경 목표에 맞추려면 재생 에너지로 구동되는 전기 분해와 같은 더 깨끗한 수소 생산 방법으로 전환하는 것이 중요합니다.

게다가 광범위한 SOFC 채택에 필요한 규모의 수소 유통 및 저장은 물류적 과제를 안겨줍니다. 이 과제를 극복하려면 운송 애플리케이션을 위한 수소 재급유 인프라를 개발하고 고정형 발전을 위한 수소 공급망을 구축해야 합니다. 이러한 노력에는 인프라와 규제 지원에 대한 상당한 투자가 필요합니다.

이러한 과제를 해결하려면 수소 생산 기술을 발전시키고 수소 인프라를 확장하기 위한 노력을 조정해야 합니다. 재생 가능 에너지원으로부터 수소 생산을 촉진하고 수소 충전소와 유통망 개발을 지원하는 정부의 인센티브와 정책이 매우 중요합니다.

요약하자면, 북미 SOFC 시장은 높은 초기 비용, 내구성 및 신뢰성 문제, 수소 인프라와 연료 공급의 가용성과 관련하여 상당한 어려움에 직면해 있습니다. 이러한 어려움을 극복하려면 산업 이해 관계자의 협력적 노력, 정부 지원, 지속적인 연구 및 혁신이 필요하여 SOFC 기술을 이 지역의 에너지 환경에서 보다 접근성 있고 경쟁력 있게 만들 수 있습니다.

주요 시장 동향

데이터 센터에서 고체 산화물 연료 전지 채택 증가

북미 고체 산화물 연료 전지(SOFC) 시장의 두드러진 추세는 데이터 센터에서 SOFC 기술 채택이 증가하고 있다는 것입니다. 데이터 센터는 중단 없는 운영을 위해 일관되고 안정적인 전력 공급이 필요한 중요한 인프라입니다. SOFC는 높은 효율성, 낮은 배출, 전기와 열을 모두 제공할 수 있는 능력으로 인해 이러한 수요를 충족하는 최적의 솔루션으로 부상하고 있습니다.

데이터 센터는 서버와 냉각 시스템에 전력을 공급하기 위해 상당한 전기가 필요하고 상당한 열을 발생시킵니다. SOFC는 이러한 폐열을 효과적으로 활용하여 열병합 발전(CHP)을 통해 전반적인 에너지 효율성을 향상시킵니다. 이러한 열병합 발전 기능은 에너지 비용을 절감할 뿐만 아니라 데이터 센터 운영자의 지속 가능성 목표와도 일치합니다.

SOFC 시스템은 24시간 연중무휴로 작동하여 그리드 정전 시 안정적인 백업 전원 역할을 하며, 이는 데이터 센터 가동 시간을 유지하는 데 필수적입니다. 극심한 기상 현상이나 신뢰할 수 없는 그리드 인프라가 발생하기 쉬운 지역에서 SOFC는 데이터 센터의 회복력을 강화하는 매력적인 솔루션을 제공합니다.

북미의 여러 기술 회사와 데이터 센터 운영자는 이미 SOFC를 시설에 통합하거나 도입을 모색하고 있습니다. 데이터 센터가 에너지 효율성을 개선하고 탄소 발자국을 줄이며 운영 안정성을 강화하기 위해 노력함에 따라 이러한 추세는 계속될 것으로 예상됩니다.

미크로그리드 배치의 성장

북미 SOFC 시장의 또 다른 중요한 추세는 SOFC 기술을 통합한 미크로그리드 배치의 채택이 증가하고 있다는 것입니다. 미크로그리드는 독립적으로 또는 주 그리드와 협력하여 작동할 수 있는 지역화된 에너지 시스템으로, 향상된 에너지 보안, 그리드 회복성 및 재생 에너지원을 통합하는 기능을 제공합니다.

SOFC는 신뢰할 수 있는 주문형 발전과 높은 효율성으로 인해 미크로그리드 애플리케이션에 적합합니다. 미크로그리드에서 SOFC는 기본 전원 역할을 하거나 백업 시스템 역할을 하여 그리드 교란 또는 정전 중에 중단 없는 전기 공급을 보장할 수 있습니다. 빠른 시동 및 부하 추종 기능으로 미크로그리드 구성에서 귀중한 자산이 됩니다.

이러한 미크로그리드 배치는 군사 기지, 섬 지역 사회 및 산업 시설과 같은 원격 또는 오프그리드 위치에서 특히 적합합니다. SOFC는 안정적이고 깨끗한 전력원을 제공하여 디젤 발전기에 대한 의존도를 줄이고 에너지 회복력을 강화할 수 있습니다.

미크로그리드 개발 및 그리드 현대화를 촉진하는 정부 인센티브, 보조금 및 이니셔티브는 북미 전역의 미크로그리드 프로젝트에 SOFC를 통합하는 것을 촉진할 것으로 예상됩니다. 지역화되고 회복력이 있는 에너지 솔루션에 대한 수요가 계속 증가함에 따라 이러한 추세는 더욱 가속화될 것으로 예상됩니다.

세그먼트별 통찰력

유형 통찰력

Planar 세그먼트는 2022년에 지배적인 플레이어로 부상했습니다. 건물과 시설에 전기와 난방을 공급하는 그리드 연결 및 오프그리드 시스템을 모두 포함합니다. 운송 부문에서 이 세그먼트의 SOFC는 연료 전지 차량(FCV), 선박, 트럭 및 기차용 보조 전원 장치(APU)에 적용됩니다. SOFC로 구동되는 FCV는 아직 개발 단계에 있지만, 더 깨끗한 교통 수단에 대한 약속을 담고 있습니다.

이 부문의 SOFC는 천연 가스 개질, 전기 분해 또는 기타 수소 생산 방법에서 얻은 수소를 주요 연료원으로 사용합니다. 또한 SOFC는 천연 가스 또는 바이오가스를 연료원으로 사용할 수 있습니다. 이러한 시스템은 탄소 포집 및 활용(CCU) 기술을 사용할 때 더 깨끗한 에너지를 제공할 수 있는 잠재력이 있습니다.

연구 개발 부문은 SOFC 기술을 발전시키는 것을 목표로 하는 초기 단계 연구, 재료 개발 및 프로토타입 제작에 중점을 둡니다. 이러한 프로젝트에는 SOFC 시스템의 성능과 안정성을 검증하기 위한 실제 테스트가 포함됩니다.

미국은 북미 SOFC 시장의 주요 참여자인 미국의 시장 역학, 정부 지원 및 상용화 노력을 구체적으로 다룹니다.

주거 부문은 가정에서 열병합 발전에 사용되는 SOFC 시스템을 포괄하여 전기와 난방을 제공합니다. "소규모" 범주에는 주거 및 소규모 상업용 애플리케이션에 적합한 소형 SOFC 시스템이 포함됩니다.

애플리케이션 통찰력

운송 부문은 예측 기간 동안 급속한 성장을 경험할 것으로 예상됩니다. SOFC 구동 버스를 포함한 연료 전지 버스는 도시 오염을 완화하기 위한 이니셔티브의 일환으로 일부 북미 도시에 배치되고 있습니다. SOFC는 선박에 통합하여 기존 엔진을 대체하고 배출을 줄이는 수단을 제공하여 보다 환경 친화적인 대안을 제시하기 위해 탐색되고 있습니다. Ballard Power Systems, Bloom Energy, Solid Power와 같은 회사는 운송 애플리케이션을 위한 SOFC 기술 개발에 적극적으로 참여하고 있습니다. SOFC는 수소 및 천연 가스를 포함한 다양한 소스를 활용하여 연료 유연성을 보여 연료 공급에 다양성을 제공합니다. 운송 분야의 SOFC와 관련된 연구 개발 프로젝트에 대한 정부 인센티브와 자금 지원은 채택을 촉진하는 데 중요한 역할을 합니다.

기술 발전, 비용 절감 및 환경 규정 강화로 운송 분야의 북미 SOFC 시장은 상당한 성장을 목격할 것으로 예상됩니다. 초기 도입은 승용차 및 트럭과 같은 광범위한 응용 분야로 확장되기 전에 버스 및 특수 차량과 같은 틈새 시장에서 관찰될 수 있습니다.

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국가 통찰력

미국은 2022년에 지배적인 플레이어로 부상했습니다. 미국은 수십 년 동안 SOFC의 연구 및 개발에 광범위하게 참여해 왔습니다. 이러한 참여는 SOFC 분야에 전념하는 연구 기관, 대학, 국립 연구소 및 민간 기업의 강력한 생태계를 육성했습니다.

미국 정부는 SOFC 기술을 발전시키는 데 중추적인 역할을 했으며, 미국 에너지부(DOE)와 같은 기관은 SOFC의 개발 및 상용화를 위한 전담 프로그램과 이니셔티브를 수립했습니다. DOE가 제공한 자금은 재료 개발에서 시스템 통합에 이르기까지 광범위한 연구 프로젝트를 지원하여 혁신과 기술 준비 수준을 가속화했습니다.

미국은 SOFC에 대한 강력한 연구 개발 환경을 자랑하며, National Renewable Energy Laboratory(NREL) 및 Lawrence Berkeley National Laboratory와 같은 선도적인 기관 및 국가 연구소가 최첨단 연구에 적극적으로 참여하고 있습니다. 이들의 기여에는 고급 재료, 제조 기술 및 시스템 통합 솔루션이 포함됩니다.

수많은 미국 기반 회사가 고정 발전, 마이크로그리드, 백업 전원 시스템 및 휴대용 장치를 포함한 다양한 응용 분야에 중점을 두고 SOFC 기술의 상용화를 적극적으로 추진하고 있습니다. 생산을 확대하고, 비용을 절감하고, 시스템 성능을 향상시키려는 이들의 협력적 노력은 시장 성장에 핵심적입니다.

또한 미국은 SOFC에 유망한 기회를 제공하는 수소 인프라 개발에 전략적으로 투자하고 있습니다. 재생 가능 또는 저탄소 방법을 통해 생산된 수소는 SOFC의 깨끗한 연료로 사용할 수 있습니다. 수소 생산 및 유통 네트워크를 확장하려는 국가의 지속적인 노력은 수소로 구동되는 SOFC의 채택을 강화할 것으로 예상됩니다.

최근 개발

• 2022년 Bloom Energy는 SOFC 구성 요소의 유명한 제조업체인 Angstron Materials를 성공적으로 인수했습니다. 이 전략적 인수를 통해 Bloom Energy는 Angstron의 독점 SOFC 기술에 대한 독점적 액세스 권한을 부여받아 SOFC 시스템 비용을 효과적으로 낮출 수 있는 입지를 확보했습니다.

주요 시장 참여자

• Bloom Energy Corporation
• FuelCell Energy, Inc.
• Ceramic Fuel Cells Limited
• Solid Power, Inc.
• ClearEdge Power
• Redox Power Systems
• Advent Technologies, Inc.
• Nuvera Fuel Cells
• Rolls-Royce Fuel Cell Systems
• Versa Power Systems