Рынок топливных элементов с полимерной электролитной мембраной (PEM) — глобальный размер отрасли, доля, тенденции, возможности и прогноз, сегментированный по конечному использованию (автомобильная промышленность, промышленность, коммерческая деятельность, жилой сектор), по применению (стационарная, портативная, транспортная промышленность), по региону и конкуренции на 2018–2028 гг.

Глобальный рынок топливных элементов с полимерной электролитной мембраной (PEM)

Основные драйверы рынка

Рынок топливных элементов с полимерной электролитной мембраной (PEM) — это сегмент отрасли чистой энергетики, который фокусируется на разработке, производстве и развертывании систем топливных элементов с PEM. Топливные элементы с PEM известны своей высокой энергоэффективностью, низким уровнем выбросов и пригодностью для различных применений, включая транспорт, стационарную генерацию электроэнергии и портативные устройства. На рынок влияют несколько ключевых драйверов, которые влияют на его рост и развитие. Вот основные драйверы рынка топливных элементов с PEMГлобальное стремление к чистым и устойчивым источникам энергии для смягчения последствий изменения климата и сокращения выбросов парниковых газов является основным драйвером рынка топливных элементов с PEM. Топливные элементы PEM вырабатывают электроэнергию посредством химической реакции между водородом и кислородом, выделяя только водяной пар в качестве побочного продукта, что делает их чистым источником энергии. Транспортный сектор представляет значительную возможность для топливных элементов PEM, особенно в электромобилях на топливных элементах (FCEV). Правительства и автопроизводители инвестируют в технологию FCEV как альтернативу двигателям внутреннего сгорания, движимые необходимостью сокращения выбросов углерода и улучшения качества воздуха. Развитие водородной экономики, где водород производится, хранится и используется в качестве энергоносителя, является мощным драйвером для топливных элементов PEM. Водород можно получать из различных источников, включая возобновляемые источники энергии, и использовать в топливных элементах для эффективной генерации электроэнергии. Топливные элементы PEM могут играть роль в приложениях для хранения энергии, таких как хранение энергии на уровне сети и резервные системы питания. Потребность в надежных и эффективных решениях для хранения энергии для балансировки непостоянных возобновляемых источников энергии движет рынком.

Децентрализованная генерация энергии

Топливные элементы PEM могут использоваться для распределенной или децентрализованной генерации энергии. Они хорошо подходят для комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ), обеспечивая как электричество, так и тепло для жилых и коммерческих зданий. Поддерживающая государственная политика, стимулы и субсидии, направленные на продвижение чистых энергетических технологий, включая топливные элементы, поощряют инвестиции и внедрение систем топливных элементов PEM.

Исследования и разработки

Постоянные усилия по исследованиям и разработкам, направленные на улучшение производительности, долговечности и экономической эффективности технологии топливных элементов PEM, являются движущей силой прогресса на рынке. Инновации в материалах и производственных процессах способствуют росту рынка. Сотрудничество между странами и международными организациями в области исследований и разработок водорода и топливных элементов способствует инновациям и расширяет рыночные возможности. По мере развития технологии топливных элементов PEM она находит применение за пределами традиционных областей применения. Сюда входит резервное питание для телекоммуникационной инфраструктуры, внесетевое производство электроэнергии и малогабаритные портативные топливные элементы для бытовой электроники. Повышение осведомленности о решениях в области чистой энергии и экологических проблемах среди потребителей и предприятий привело к росту интереса к топливным элементам PEM как к устойчивому и эффективному источнику энергии. Расширение инфраструктуры заправки водородом для FCEV является важнейшим фактором для принятия транспортных средств на топливных элементах PEM. Инвестиции в инфраструктуру имеют важное значение для поддержки роста рынка. Громкие демонстрационные проекты и пилотные программы, демонстрирующие возможности и преимущества технологии топливных элементов PEM, помогают укрепить доверие и стимулировать принятие рынком.

Основные проблемы рынка

Высокие производственные затраты

Одной из основных проблем для топливных элементов PEM является их относительно высокая себестоимость, в первую очередь связанная с использованием в электродах дорогих каталитических материалов, таких как платина. Снижение этих затрат имеет важное значение для повышения конкурентоспособности топливных элементов PEM по сравнению с другими источниками энергии. Топливные элементы PEM должны работать эффективно в течение длительных периодов времени, чтобы быть экономически жизнеспособными. Обеспечение долговечности и долговечности компонентов топливных элементов, особенно протонпроводящей мембраны и катализаторов, является серьезной проблемой. Катализаторы, используемые в топливных элементах PEM, чувствительны к таким факторам, как загрязняющие вещества, примеси в топливе и высоковольтное циклирование. Деградация катализатора может существенно повлиять на производительность и срок службы топливного элемента. Водород является основным топливом для топливных элементов PEM, и его хранение, транспортировка и распределение остаются серьезными проблемами. Разработка эффективной, безопасной и экономически эффективной водородной инфраструктуры имеет важное значение для роста рынка. Отсутствие комплексной инфраструктуры заправки водородом является проблемой, особенно для широкого внедрения транспортных средств на топливных элементах. Расширение станций заправки водородом требует значительных инвестиций и координации. Большая часть производства водорода зависит от ископаемого топлива, что противоречит цели чистой энергии. Разработка масштабируемых и устойчивых методов производства водорода, таких как электролиз с использованием возобновляемых источников энергии, является сложной задачей. Топливные элементы PEM требуют надлежащего управления водными ресурсами для предотвращения дегидратации или затопления протонпроводящей мембраны. Балансировка содержания воды в топливном элементе имеет решающее значение для оптимальной производительности.

Холодный запуск и замерзание

Эксплуатация топливных элементов PEM в условиях холодной погоды может быть сложной из-за возможности замерзания воды в элементе. Разработка эффективных решений по отоплению и изоляции имеет важное значение для применения в условиях холодной погоды. Переход от лабораторных прототипов к крупномасштабному коммерческому производству часто является сложной задачей. Обеспечение стабильной производительности и надежности в масштабе является существенным препятствием для производителей топливных элементов PEM. Водород горюч и представляет собой проблему безопасности, особенно в транспортных приложениях. Обеспечение безопасного обращения, хранения и использования водорода имеет решающее значение для общественного признания. Топливные элементы PEM сталкиваются с конкуренцией со стороны других технологий чистой энергии, таких как литий-ионные аккумуляторы и твердооксидные топливные элементы, которые предлагают другие преимущества и могут лучше подходить для определенных приложений. Непоследовательные нормативные рамки и политика в отношении технологий водорода и топливных элементов могут препятствовать росту рынка. Для стимулирования внедрения необходимы четкие и поддерживающие правила. Повышение осведомленности и укрепление общественного доверия к технологии топливных элементов является сложной задачей. Общественное восприятие и понимание топливных элементов, особенно в сравнении с такими устоявшимися технологиями, как двигатели внутреннего сгорания, может повлиять на темпы внедрения.

Несмотря на эти проблемы, текущие исследования и разработки, государственная поддержка и сотрудничество между промышленностью и академическими кругами решают многие из этих проблем. По мере развития технологий и повышения важности целей в области чистой энергии ожидается, что топливные элементы PEM будут играть значительную роль в достижении устойчивых и эффективных энергетических решений. Преодоление этих проблем будет иметь важное значение для того, чтобы рынок топливных элементов PEM полностью раскрыл свой потенциал и внес вклад в более чистое и устойчивое энергетическое будущее.

Основные тенденции рынка

Ожидается, что правительственные инициативы и растущие частные инвестиции будут стимулировать рынок

Рынок топливных элементов PEM продемонстрировал значительный рост за последние два года, в основном за счет внедрения государственных инициатив на ключевых рынках и увеличения инвестиционной поддержки со стороны частного сектора. Программа по альтернативным и возобновляемым видам топлива и технологиям транспортных средств Калифорнийской энергетической комиссии, правительственная инициатива 2013 года, установила долгосрочные полномочия по совместному финансированию первых 100 розничных водородных станций. Это побудило частный сектор инвестировать в рынок топливных элементов. Калифорнийское партнерство по топливным элементам нацелено на сеть из 1000 водородных станций и парк транспортных средств на топливных элементах до 1 000 000 транспортных средств к 2030 году. Цель отражает вклад и консенсус более 40 партнеров, включая компании по технологиям топливных элементов, автопроизводителей, энергетические компании, государственные учреждения и неправительственные организации, а также университеты. В феврале 2022 года проект показал, что высокотемпературные полимерные электролитные мембранные топливные элементы (HT-PEMFC) предлагают привлекательное решение для электрификации большегрузных автомобилей и других крупномасштабных мобильных приложений благодаря эффективному отводу тепла. Более того, в этом p были задействованы несколько учреждений, включая LANL (Кэти Лим), Sandia National Labs (Сай Фудзимото), Корейский институт науки и технологий (Джиюн Джунг), Университет Нью-Мексико (Ивана Гонсалес), Университет Коннектикута (Ясна Янкович) и Исследовательский институт Toyota в Северной Америке (Чжэндонг Ху и Хунфэй Цзя). Среди топливных элементов тип PEM является самым популярным. Ожидается, что он сыграет решающую роль в достижении цели Европы по развертыванию топливных элементов и станет движущей силой рынка топливных элементов PEM.

В феврале 2022 года ученые Лос-Аламосской национальной лаборатории разработали новый полимерный топливный элемент, работающий при более высоких температурах. Давняя проблема перегрева, одно из самых больших технических препятствий для использования топливных элементов средней и большой грузоподъемности в транспортных средствах, таких как грузовики и автобусы, была решена с помощью нового высокотемпературного полимерного топливного элемента, который работает при температуре 80–160 градусов по Цельсию и имеет более высокую номинальную плотность мощности, чем самые современные топливные элементы. Кроме того, во всем мире растет спрос на транспортные средства на топливных элементах. Северная Корея и США являются ведущими странами в мире по количеству транспортных средств на топливных элементах. В 2021 году на Северную Корею и США приходилось 38% и 24% мирового количества транспортных средств на топливных элементах соответственно. Следовательно, такие правительственные инициативы и инвестиции, вероятно, будут стимулировать рынок в прогнозируемый период. Таким образом, в связи с вышеупомянутыми факторами ожидается, что правительственные инициативы и растущие частные инвестиции в технологию PEMFC будут стимулировать рынок в течение прогнозируемого периода.

Сегментарные данные

Аналитика конечного использования

Региональные данные

Азиатско-Тихоокеанский регион зарекомендовал себя как лидер на мировом рынке топливных элементов с полимерной электролитной мембраной (PEM) со значительной долей выручки в 2022 году

Последние разработки

• Китай планирует производить от 100 000 до 200 000 тонн возобновляемого водорода в год и иметь парк из 50 000 транспортных средств, работающих на водороде, к 2022 году. 2025. В настоящее время Китай является крупнейшим в мире рынком грузовиков и автобусов на топливных элементах и третьим по величине рынком электромобилей на топливных элементах (FCEV).
• Индийские ученые разработали электрокатализаторы на основе платины для топливных элементов с помощью эффективной процедуры. Этот электрокатализатор продемонстрировал свойства, сопоставимые с коммерчески доступными электрокатализаторами, и может продлить срок службы топливных элементов.
• Август 2022 г.Национальная лаборатория возобновляемой энергии (NREL) начала сотрудничать с Toyota Motor North America (Toyota) в рамках соглашения о совместных исследованиях и разработках с целью создания, установки и оценки системы генерации электроэнергии на топливных элементах с протонообменной мембраной (PEM) мощностью 1 мегаватт (МВт) в кампусе NREL во Флэтайронсе.

Ключевые игроки рынка

• Ballard Power System
• Plug Power
• Bloom Энергия
• FuelCell Энергия
• Hydrogenics (теперь часть Cummins Inc.)
• Nuvera Fuel Cells
• Doosan Fuel Cell America
• Nel Hydrogen
• Advent Technologies
• SFC Энергия