Marktgröße, Anteil und COVID-19-Auswirkungsanalyse für protonische keramische Brennstoffzellen, nach Anwendung (Transport und netzunabhängige Energie) und regionaler Prognose, 2023–2030

Die globale Marktgröße für protonische Keramikbrennstoffzellen wurde im Jahr 2022 auf 60,21 Millionen US-Dollar geschätzt. Es wird erwartet, dass der Markt von 79,05 Millionen US-Dollar im Jahr 2023 auf 553,55 Millionen US-Dollar im Jahr 2030 wächst und im Prognosezeitraum eine jährliche Wachstumsrate von 32,05 % aufweist.

Eine protonische Keramikbrennstoffzelle arbeitet bei hohen Temperaturen und verwendet einen protonenleitenden Keramikelektrolyten. Es handelt sich um eine Art Festoxid-Brennstoffzelle, die Teil einer breiteren Palette von Brennstoffzellen ist. Diese Technologie basiert auf keramischen Materialien für den Elektrolyten und findet unmittelbare Anwendung in verschiedenen Szenarien, insbesondere in Entwicklungsländern. Es bietet dezentrale Lösungen für kritische Systeme, versorgt Geräte in Notfällen mit Strom und verbessert den Energiezugang in abgelegenen Gebieten. Wasserstoff und Brennstoffzellentechnologien haben erhebliche Fortschritte in Bezug auf Effizienz und Haltbarkeit gemacht , Zuverlässigkeit und Kostenreduzierung. Protonische Brennstoffzellen aus Keramik können reversibel arbeiten und erneuerbare Energie speichern, indem sie mithilfe der Wasserelektrolyse Wasserstoff erzeugen, der später wieder in Strom umgewandelt werden kann. Der Markt verzeichnet ein Wachstum aufgrund des gestiegenen Interesses an sauberen und nachhaltigen Energielösungen.

COVID-19-AUSWIRKUNGEN

Die schnelle Ausbreitung von COVID-19 führte zu einer erheblichen Marktabschwächung

Die weltweite Verbreitung von COVID-19 wirkte sich in verschiedenen Phasen auf nahezu jedes Land aus. Die während der Pandemie ergriffenen Maßnahmen reduzierten die Stromnachfrage in verschiedenen Branchen erheblich und führten zu Veränderungen im Strommix. Durch die Lockdown-Maßnahmen ist die Stromnachfrage in der Industrie deutlich zurückgegangen, was sich wiederum auf den Strommix auswirkt. Der Rückgang der Stromnachfrage hat den Anteil erneuerbarer Energien an der Stromversorgung erhöht, da ihre Leistung weitgehend unabhängig von der Nachfrage ist. Die Nachfrage nach allen anderen Stromquellen, einschließlich Kohle, Gas und Kernkraft, ging zurück ging während der Pandemie ebenfalls zurück.

Viele Forschungseinrichtungen und Unternehmen, die sich mit der Entwicklung protonischer keramischer Brennstoffzellen befassen, mussten während der Pandemie ihre Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten einstellen oder einschränken. Diese Unterbrechung der Forschungs- und Entwicklungsbemühungen hätte das Innovationstempo und die Einführung neuer und verbesserter PCFC-Technologien verlangsamen können. Weltweit haben zahlreiche Unternehmen in verschiedenen Sektoren, einschließlich der Energiebranche, ihre Investitionsausgaben eingestellt oder reduziert. Darüber hinaus führten Störungen in den Lieferketten für den Energiesektor zu einer Verlangsamung der Herstellung verschiedener Ausrüstungen für den Energiesektor.

Markttrends für protonische keramische Brennstoffzellen

Verstärkte Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten zur Verbesserung der Produktfähigkeit treiben das Marktwachstum voran

Protonische keramische Brennstoffzellen (PCFCs) haben ein großes Potenzial für eine höhere Energieumwandlungseffizienz als herkömmliche Geräte. Experten der Hong Kong University of Technology haben ein innovatives Kathodenmaterial auf Eisenbasis hergestellt Rekordleistung für PCFCs zu erreichen. Dies stellt einen bedeutenden Fortschritt beim Wachstum und der Kommerzialisierung dieser leistungsstarken Technologie für erneuerbare Energien dar.

Brennstoffzellen, die die chemische Energie von Wasserstoff oder Zusatzbrennstoffen nutzen sollen, um Strom in einer sauberen und effizienten Energiequelle zu erzeugen, wurden weltweit intensiv entwickelt, um Energieknappheit und Klimawandel zu bekämpfen. Auf diesem Gebiet wurde eine neuartige Technologie namens PCFCs entwickelt, die auf protonenleitenden Keramikelektrolyten basiert. Darüber hinaus bieten diese Zellen Vorteile wie hohe Effizienz, geringe Schadstoffemissionen und Anpassungsfähigkeit an verschiedene Gase wie Methan, Biogas und Ammoniak.

Sie werden im Allgemeinen zur dezentralen Stromerzeugung eingesetzt, beispielsweise zur netzunabhängigen Stromerzeugung. PCFCs werden bei hohen Temperaturen aktiviert, typischerweise über 500 °C, was eine bessere thermodynamische Effizienz als Brennstoffzellen mit niedrigeren Temperaturen ermöglicht. Aufgrund ihrer hohen Effizienz eignen sich PCFCs zur Stromerzeugung in Kraft-Wärme-Kopplungssystemen, bei denen Abwärme- und Kraft-Wärme-Kopplungssysteme zur Beheizung anderer Industrieprozesse beitragen können.

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Wachstumsfaktoren für den Markt für protonische keramische Brennstoffzellen

Bessere Effizienz und geringere Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zur Förderung des Marktwachstums

Die Abhängigkeit der Gesellschaft von der Verbrennung fossiler Brennstoffe zur Energiegewinnung stellt eine dringende Herausforderung bei der Eindämmung des Klimawandels und dem Übergang zu einer CO2-neutralen und nachhaltigen Energiewirtschaft dar. Es wird erwartet, dass die Energieversorgung mit Wasserstoff eine wichtige Rolle als Energieträger in einer nachhaltigen und sauberen Wirtschaft der Zukunft spielen wird, da ihre chemische Energie mithilfe von Brennstoffzellen in elektrische Energie umgewandelt wird.

In der Brennstoffzellenindustrie haben protonische Keramikbrennstoffzellen das Potenzial und sind effizienter als konventionelle Brennstoffzellen wie Festoxidbrennstoffzellen (SOFC). Dies liegt vor allem an ihrer Fähigkeit, bei niedrigen und mittleren Temperaturen effizient zu arbeiten, und an der Qualität der Nicht-Brennstoff-Verdünnung an der Anode während des Betriebs. Es wird erwartet, dass die verbesserte Effizienz und die Tendenz zur Einführung sauberer Energie die Nachfrage nach protonischen Brennstoffzellen auf Keramikbasis im Prognosezeitraum ankurbeln werden.

Erhebliche Investitionen und laufende Initiativen großer Unternehmen haben die Marktgröße erheblich vergrößert. Adaptive Energy (AE), ein Entwickler und Hersteller von Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC), konzentriert sich beispielsweise auf die Bereitstellung zuverlässiger, robuster und kostengünstiger SOFC-Produkte im Leistungsbereich von 100 bis 350 W. Ziel des Unternehmens ist es, röhrenförmige Keramik-Brennstoffzellentechnologie in militärischer Qualität zu nutzen und sie mit den jüngsten Fortschritten bei diesen Brennstoffzellenmaterialien und der Fertigung der Colorado School of Mines zu kombinieren. Diese Bemühungen zielen darauf ab, einen tragbaren, mit Propan betriebenen Brennstoffzellenstapel mit mittlerer Temperatur und über 300 We+ für Anwendungen mit Fernstromversorgung oder netzunabhängigen Anwendungen zu schaffen.

Flexibilität der protonischen Keramikbrennstoffzelle zur Förderung des Marktwachstums

PCFCs können saubere und effiziente Energie für verschiedene Anwendungen erzeugen. Brennstoffzellen nutzen die chemische Energie von Wasserstoff oder anderen Brennstoffen, um Strom sauber und effizient zu erzeugen, was ihre Akzeptanz als saubere Energiequelle steigert. PCFCs arbeiten im Allgemeinen in einem mittleren Temperaturbereich zwischen 400–800⁰C, was ihnen den Vorteil einer höheren Mobilität und einer geringeren Aktivierungsenergie der Protonen bietet. Der Betrieb auf mittlerer Ebene führt zu einer Brennstoffflexibilität. Darüber hinaus wird oft ihre Fähigkeit bevorzugt, mit unkomplizierten Kohlenwasserstoffen zu arbeiten, was eine weitverbreitete Nutzung von Wasserstoff als Brennstoff ermöglicht.

Darüber hinaus können die PCFCs auch in verschiedenen Brennstoffquellen verwendet werden, die als einer der entscheidenden Parameter für die verbesserte Leistung von Brennstoffzellen auf protonischer Keramikbasis dienen.

Die Colorado School of Mines demonstrierte eine relativ neue Klasse von Brennstoffzellen, die über die erforderliche Langzeitbeständigkeit und Flexibilität verfügen, um eine praktikable kommerzielle Alternative zu bestehenden Brennstoffzellentechnologien zu werden. Die Forscher testeten 11 verschiedene Kraftstoffe: Wasserstoff, Methan, CNG (mit und ohne Schwefelwasserstoff), Propan, n-Butan, i-Butan, Isooctan, Methanol, Ethanol und Ammoniak. Die Tests zeigten eine hervorragende Leistung und außergewöhnliche Haltbarkeit bei allen Kraftstofftypen über Tausende von Betriebsstunden hinweg. Dieser Durchbruch macht PCFCs zu kritischen Komponenten mit hoher Haltbarkeit und Flexibilität. Dies dürfte zu einem verstärkten Einsatz protonischer Brennstoffzellen auf Keramikbasis an netzfernen Standorten führen, einschließlich abgelegener Standorte, Gebiete und Notstromgeneratoren bei Naturkatastrophen und mehr.

BESCHRÄNKENDE FAKTOREN

Verfügbarkeit alternativer effizienter Brennstoffzellen zur Begrenzung des Marktwachstums

Alternative Brennstoffzellentechnologien wie der Protonenaustausch Membranbrennstoffzellen und Festoxidbrennstoffzellen wurden im Vergleich zu protonischen Keramikbrennstoffzellen über einen längeren Zeitraum umfassend erforscht, entwickelt und kommerzialisiert. Diese alternativen Technologien haben eine erfolgreiche Anwendungsgeschichte und eine breite Marktakzeptanz in verschiedenen Endverbrauchsbranchen. Die Verfügbarkeit verfügbarer Brennstoffzellentechnologien entspricht häufig der unterstützenden Infrastruktur. Beispielsweise ist in einigen Regionen die für PCFC erforderliche Wasserstoffinfrastruktur weiter entwickelt als für PCFC mit Hochtemperatur-Brennstoffverarbeitung.

Der Mangel an notwendiger Infrastruktur kann PCFC vor Herausforderungen im effektiven Wettbewerb stellen und ihr Marktwachstum einschränken. Die Verfügbarkeit der Infrastruktur und ihre Kompatibilität mit bestehenden Systemen spielen eine entscheidende Rolle bei der Begrenzung der Verbreitung protonischer Brennstoffzellen. PCFC kann mit seinem Bedarf an zusätzlichen Infrastrukturinvestitionen und Änderungen an bestehenden Systemen potenzielle Nutzer abschrecken. Darüber hinaus erfordert PCFC für den Betrieb eine höhere Temperatur, was ihre Eignung für bestimmte Anwendungen einschränkt oder zusätzliche Wärmemanagementsysteme erfordert. Die Verfügbarkeit alternativer Brennstoffzellentechnologien, die besser für spezifische Anwendungsanforderungen geeignet sind, kann die Marktwachstumschancen einschränken.

Marktsegmentierungsanalyse für protonische keramische Brennstoffzellen

Durch Anwendungsanalyse

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Netzunabhängige Stromversorgung dominiert den Markt aufgrund der hohen Haltbarkeit und Effizienz von PCFC

Je nach Anwendung ist der Weltmarkt in Transport und netzunabhängige Energie unterteilt. Das Segment der netzunabhängigen Energieversorgung dominiert den Markt für protonische Keramikbrennstoffe. Es gibt verschiedene netzunabhängige Einsätze, einschließlich Stromverteilung und -versorgung, die fossile Brennstoffe ersetzen, was zu CO2-freien Emissionen führt und sich somit positiv auf das netzunabhängige Energiesegment auswirkt.

Netzunabhängiger Strom bezieht sich auf die Erzeugung und Nutzung von Strom in Gebieten, die nicht an das traditionelle Stromnetz angeschlossen sind, einschließlich abgelegener Orte, ländlicher Gebiete oder Netzwerkzugangsanwendungen. Effizienz ist bei netzunabhängigen Anwendungen von entscheidender Bedeutung, bei denen die Ressourcen begrenzt oder teuer sein können.

REGIONALE EINBLICKE

Dieser Markt ist in Nordamerika, Europa, den asiatisch-pazifischen Raum und den Rest der Welt unterteilt.

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Nordamerika hält weltweit den größten Marktanteil und verfügt als entwickelte Region über zahlreiche Forschungsinstitute. Die U.S. Department of Energy Hydrogen Association hat in die Forschung und Entwicklung von Brennstoffzellen investiert, um deren Effizienz, Haltbarkeit und Erschwinglichkeit zu verbessern. Diese Investitionen werden über Bundesbehörden wie das Energieministerium getätigt. General Motors nutzt das Brennstoffzellenmoment mit grünem Wasserstoff. Das Energieministerium beschreibt sein Wasserstoffprogramm als Teil seines Portfolios für saubere Energie.

Europa hält den zweitgrößten Marktanteil protonischer keramischer Brennstoffzellen, da europäische Regionen Wasserstoff als Energie- und Brennstoffzellenquelle entwickeln und eine hervorragende Alternative zur Erschöpfung der Erdgas- und Ölressourcen bieten. Fossile Brennstoffe werden knapper und teurer und tragen zudem zu klimaschädlichen CO2-Emissionen bei. Wasserstoff kann in flüssiger und gasförmiger Form gespeichert werden, was eine kontrollierte Energiefreisetzung ermöglicht. Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen ist Wasserstoff eine saubere Energielösung, die keine umweltschädlichen Schadstoffe oder klimaschädlichen Emissionen erzeugt.

Liste der wichtigsten Unternehmen auf dem Markt für protonische keramische Brennstoffzellen

Enorme Vorteile und Anwendungen im Zusammenhang mit protonischen Keramikbrennstoffzellen zur Förderung des Marktwachstums

Unternehmen verfolgen derzeit die Entwicklung neuer protonischer Keramikbrennstoffzellen. Die Regierung hat die Entwicklung der Brennstoffzellenforschung durch verschiedene Förderprogramme, Zuschüsse und Initiativen unterstützt. Das Büro für Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien befasst sich mit der Entwicklung von Anwendungen, die Wasserstoff anstelle heutiger Kraftstoffe verwenden, und von Technologien, die moderne Energiedienstleistungen bereitstellen. Die Energie der Brennstoffzelle wandelt chemische Energie direkt in Elektrizität um, wobei reines Wasser und potenziell nutzbare Wärme als Nebenprodukte entstehen. Verschiedene Marktteilnehmer konzentrieren sich auf die Reduzierung des CO2-Ausstoßes durch die Einführung von Brennstoffzellenfahrzeugen. Im Jahr 2021 beispielsweise hat G.M. startete eine wasserstoffbetriebene Flugkooperation mit Hydrotec und dem Luft- und Raumfahrtunternehmen Liebnerr. G.M. Funktioniert auch mit Navistar bei LKW-Brennstoffzellen und mit Wabtec bei Lokomotiven. Darüber hinaus werden Hydrotec-Module als mobile Ladestationen für batterieelektrische Fahrzeuge eingesetzt. Der erzeugte Wasserstoff wird in verschiedenen Industriezweigen zur Erdölraffinierung, zur Metallbehandlung, zur Herstellung von Düngemitteln und zur Verarbeitung von Lebensmitteln verbraucht und genutzt.

Liste der profilierten Schlüsselunternehmen:

• Bosch (Deutschland)


• Edge Autonomy (USA)


• SolydEra Group (Italien)


• Ceramic Powder Technology AS (Norwegen)


• Superior Technical Ceramics (USA)


• Nexceris, LLC (USA)
  

WICHTIGSTE ENTWICKLUNGEN DER INDUSTRIE:

• Juli 2023: Bosch kündigte den Start der Massenproduktion seines Brennstoffzellen-Leistungsmoduls an, das die gesamte Wasserstoff-Wertschöpfungskette abdeckt. Diese neue Technologie stand für die Herstellung und Anwendung bereit. Mit dem Ziel, bis 2030 mit der Wasserstofftechnologie einen Umsatz von rund 7,85 Milliarden US-Dollar zu erzielen, übernahm Bosch als erstes Unternehmen die Führung, das diese Systeme in China und Deutschland produzierte.


• Dezember 2022: Solid Power gab bekannt, dass es seine Partnerschaft mit der BMW Group gestärkt und deren gemeinsame Entwicklungsvereinbarung verlängert hat. Solid Power erteilte der BMW Group eine Forschungs- und Entwicklungslizenz für Solid Powers Design- und Fertigungskompetenz im Bereich Festkörperzellen.


• November 2022: Nexceris, LLC stellte auf der DOE Hydrogen-Veranstaltung während des jährlichen Merit Review and Peer Evaluation Meeting 2022 ein Update zur kostengünstigen Herstellung von Hochtemperatur-Elektrolyse-Stacks bereit. Ziel war es, die Herstellung von Hochtemperatur-Elektrolysestapeln für 100 US-Dollar pro kW zu ermöglichen, eine entscheidende Voraussetzung, um das Earth Shot-Ziel des DOE zu erreichen, Wasserstoff für 1 US-Dollar pro Kilogramm zu produzieren.


• Oktober 2022: Bosch startete ein Pilotprojekt mit HUB Security zur Integration der SOFC-Technologie in ganzheitliche Rechenzentrumslösungen, spezialisiert auf Cybersicherheit, sichere IT-Hardware und sichere Rechenzentrumslösungen. Bosch konnte die SOFC-Technologie als einsatzbereites Plug-and-Play-System mit einer Leistung von 100 kW liefern, die flexibel bis in den Megawattbereich skaliert werden konnte.


• August 2022: Edge Autonomy übernimmt Adaptive Energy, einen führenden Hersteller von Festoxid-Brennstoffzellentechnologie. Adaptive Energy ist der führende Anbieter von SOFC für Energie mit geringer Leistung. Bundesbehörden und kommerzielle Kunden setzen seine innovativen Lösungen in den Endmärkten Militär, kritische Infrastruktur und Transport ein. Die leichten, energiedichten SOFCs von Adaptive Energy wurden über ein Jahrzehnt lang nahtlos als Schlüsseltechnologie in die UAV-Plattformen von Edge Autonomy integriert.

BERICHTSBEREICH

Der Bericht bietet eine detaillierte Analyse des Marktes und konzentriert sich auf Schlüsselaspekte wie führende Unternehmen, Produkte/Dienstleistungen und Anwendungen. Darüber hinaus bietet der Bericht Einblicke in die Markttrends und beleuchtet wichtige Branchenentwicklungen und Analysen der protonischen Brennstoffzelle. Zusätzlich zu den oben genannten Faktoren umfasst der Bericht mehrere Faktoren, die zum Wachstum des Marktes in den letzten Jahren beigetragen haben.

Eine infografische Darstellung von Markt für protonische keramische Brennstoffzellen

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