Tamaño del mercado de ensamblaje de electrodos de membrana, participación y análisis de impacto de COVID-19, por componente (membranas, capas de difusión de gas, juntas y otros) y por aplicación (pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC), pilas de combustible de metanol directo (DMFC), Electrolizadores y otros) y pronóstico regional, 2021-2028

El tamaño del mercado mundial de ensamblaje de electrodos de membrana fue de USD 340 millones en 2020. El impacto global de COVID-19 no ha tenido precedentes y es asombroso, y el ensamblaje de electrodos de membrana ha sido testigo de un impacto negativo en la demanda en todas las regiones en medio de la pandemia. Según nuestro análisis, el mercado global exhibió un crecimiento menor del 12,3% en 2020 en comparación con el crecimiento interanual promedio durante 2017-2019. Se proyecta que el mercado crecerá de 420 millones de dólares en 2021 a 1700 millones de dólares en 2028 con una tasa compuesta anual del 22,1% en el período 2021-2028. El aumento de la CAGR es atribuible a la demanda y el crecimiento de este mercado, que vuelve a los niveles prepandémicos una vez que termina la pandemia.

El conjunto de electrodos de membrana proporciona sitios para reacciones químicas que ocurren dentro de una celda de combustible para convertir el combustible en energía eléctrica utilizable. El conjunto incluye una capa de difusión de gas, una membrana de 5 capas y membranas de 3 capas, juntas o componentes de sellado. Estos componentes se fabrican individualmente y luego se presionan entre sí a altas temperaturas y presiones y tienen forma de pilas. El rendimiento y la estabilidad de las pilas de combustible dependen en gran medida del método de preparación de los componentes del conjunto.

El conjunto de electrodo de membrana sirve para diversas aplicaciones, como electrolizador , pilas de combustible de protones y electrones, pilas de combustible de aire de hidrógeno u oxígeno, pilas de combustible de metanol directo y otras. El creciente interés en adaptar la energía limpia y reducir las emisiones de CO2 ha impulsado la comercialización de conjuntos de electrodos de membrana.

Oportunidades de inversión limitadas en medio de COVID-19 para impedir el crecimiento del mercado

Una emergencia global como la del coronavirus o la pandemia de COVID-19 ha afectado significativamente varias operaciones comerciales e industriales en todo el mundo. Las consecuencias de esta crisis también han dejado en crisis las economías de varios países de rápido crecimiento. Casi todos los países del mundo han observado un fuerte aumento en el número de personas afectadas desde principios de este año. La falta de disponibilidad de cura o vacuna para la infección viral durante las etapas iniciales ha llevado a muchos profesionales y actores de la industria a introducir varias medidas de combate para mitigar el impacto continuamente. Además, las implicaciones de la crisis pandémica han revelado diferentes tipos de problemas, como la escasez de personal operativo, déficits en los ingresos operativos, el cierre de varias plantas, restricciones del comercio global y muchos más, especificados por la naturaleza de sus operaciones.

En consecuencia, el mercado global también se ha visto moderadamente afectado por el resultado de esta situación sin precedentes, ya que varios países han experimentado una pérdida considerable de fuerza laboral total en los distintos sectores. La falta de disponibilidad de mano de obra cualificada, junto con los prolongados cierres de las plantas de fabricación, ha dado lugar a una producción limitada de pilas de combustible y electrolizadores, lo que obstaculiza el crecimiento de la industria. Por ejemplo, en junio de 2020, la Agencia Internacional de Energía (AIE) declaró que el hidrógeno vehículos de pila de combustible observó un impulso significativo antes de la crisis de COVID-19 en 2019 y principios de 2020. Sin embargo, los avances en toda la industria ahora son susceptibles debido a una demostración poco impresionante de tecnologías junto con interrupciones en los cronogramas de los proyectos de producción con bajas emisiones de carbono.

Los principales países productores de energía renovable y de origen fósil, como China y Estados Unidos, han tomado medidas severas para impedir el crecimiento del nuevo coronavirus. Varios gobiernos de todas las regiones han presentado planes de acción estrictos para contener la propagación de la infección. Por ejemplo, en marzo de 2020, diferentes administraciones estatales de Estados Unidos anunciaron un protocolo de bloqueo que afectaba a diversos procedimientos residenciales, comerciales e industriales. Durante el mes, diferentes ciudades y estados, incluidos San Francisco, California, Nueva York, Illinois, Connecticut, Nueva Jersey, Luisiana y muchos más, implementaron órdenes de quedarse en casa para limitar la exposición de la población al virus.

ÚLTIMAS TENDENCIAS

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Las crecientes iniciativas para reducir las emisiones nocivas están impulsando el crecimiento del mercado

La imposición de diversas normas internacionales para reducir las emisiones de gases de efecto invernadero ha desviado la atención de varios fabricantes de automóviles hacia las nuevas tecnologías relacionadas con los vehículos eléctricos, híbridos o de pila de combustible. Como resultado, varios fabricantes están desarrollando nuevas tecnologías respetuosas con el medio ambiente para el sector de la automoción. Por ejemplo, en octubre de 2020, el Consejo de Investigación Científica e Industrial (CISR) y la industria KPIT desarrollaron con éxito una pila de celda de combustible LT-PEMFC de grado automotriz y siguieron con éxito su rastro en un prototipo de automóvil de celda de combustible de hidrógeno (HFC). La empresa ha aportado experiencia en ingeniería de pilas, incluido un conjunto de pilas, integración de sistemas, software de control, tren motriz eléctrico y otros componentes que permitirán el funcionamiento de vehículos de pila de combustible. La empresa cree que el uso de la tecnología de pilas de combustible de hidrógeno para generar energía eléctrica reducirá la emisión de gases nocivos que desempeñarán un papel clave en la movilidad futura y se espera que sea comercialmente viable.

Además, en febrero de 2020, Hyundai Motor Company amplió su asociación con el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE) y su apoyo al Programa de Pilas de Combustible e Hidrógeno del DOE. Hyundai proporcionará al DOE cinco vehículos eléctricos de pila de combustible (FCEV) para avanzar en la investigación y el desarrollo de tecnologías de pilas de combustible como parte del acuerdo. Además, la empresa pretende abordar las barreras técnicas y habilitar tecnologías de hidrógeno y pilas de combustible en todas las aplicaciones y sectores.  Se espera que estos factores impulsen el mercado mundial de ensamblaje de electrodos de membrana durante el período de pronóstico.

FACTORES IMPULSORES

Innovaciones tecnológicas aumentadas impulsadas por planes gubernamentales para impulsar el crecimiento del mercado

Las pilas de combustible y los electrolizadores son una tecnología viable y crucial para transformar los sistemas energéticos con mayor eficiencia y menos emisiones de dióxido de carbono. Sin embargo, la disponibilidad de diferentes recursos y diferentes tecnologías ha acercado la participación sustancial de los países en el desarrollo de la tecnología de pilas de combustible. Por lo tanto, el gobierno ha apoyado varias tecnologías colaborativas para proyectos de I+D y de demostración con programas de financiación competitivos. Por ejemplo, el gobierno alemán, junto con el sector industrial, ha formado una alianza estratégica conocida como Programa Nacional de Innovación en Tecnología de Pilas de Combustible e Hidrógeno (NIP) para apoyar el desarrollo de tecnologías de pilas de combustible y puede considerarse la parte más crucial del Hoja de ruta alemana para las pilas de combustible. La alianza trabaja para planificar y delinear el marco estratégico para un mayor desarrollo de tecnologías de pilas de combustible en diferentes aplicaciones.

El Programa Nacional de Innovación interministerial para la tecnología de hidrógeno y pilas de combustible ha administrado alrededor de 28,5 millones de dólares en financiación anual para la aplicación de movilidad durante diez años de duración. Además, el gobierno también ha trabajado estratégicamente para estimular la mejora de la producción en masa y el rendimiento de la industria de las pilas de combustible.  Por lo tanto, un desarrollo significativo en la tecnología de pilas de combustible y las iniciativas gubernamentales para el desarrollo tecnológico impulsan el mercado mundial de ensamblaje de electrodos de membrana.

Iniciativas crecientes para que las pilas de combustible en la industria automotriz respalden el crecimiento

La industria automotriz contribuye a las emisiones globales, atribuyendo la dependencia de los combustibles fósiles como fuente de energía primaria. Las crecientes iniciativas de cero emisiones han inclinado a los clientes a adoptar vehículos de cero emisiones (ZEV) o vehículos eléctricos (EV) , que comienzan como una probabilidad para los vehículos eléctricos de pila de combustible, creando oportunidades para el mercado. Los fabricantes de automóviles están realizando enormes inversiones para desarrollar vehículos eficientes y de alta potencia, lo que crea importantes oportunidades para la tecnología de pilas de combustible. Debido a este factor, las oportunidades de mercado podrían acelerarse significativamente mediante la oferta diversa de vehículos y modelos por parte de varios fabricantes de automóviles y el compromiso de un alto volumen de producción. 

Además del factor del lado de la oferta, la creciente iniciativa gubernamental para soluciones de energía limpia potencia el crecimiento de la tecnología de pilas de combustible. En julio de 2020, la Unión Europea impulsó la estrategia de hidrógeno de la UE para apoyar la energía limpia mediante el aumento de la financiación europea y la asignación de aproximadamente 825 mil millones de dólares y un plan de transición completo. La Unión Europea también ha proporcionado una guía detallada sobre inversiones, creación de mercados, investigación y desarrollo, alentando a las industrias a adoptar vehículos energéticamente eficientes.

Las políticas ambientales, como los límites de emisiones, han conocido iniciativas para que los fabricantes de automóviles inviertan en el desarrollo y la producción de vehículos limpios. Por ejemplo, en noviembre de 2020, Volvo Group y Daimler Truck planearon desarrollar y producir sistemas de celdas de combustible comercializados para camiones pesados ​​y otras aplicaciones como paso inicial para el transporte sostenible. Se espera que esto estimule el crecimiento del mercado de ensamblaje de electrodos de membrana durante el período de pronóstico.

FACTORES RESTRICTIVOS

Los desafíos de durabilidad asociados con las pilas de combustible probablemente obstaculicen el crecimiento del mercado

La fabricación del MEA se correlaciona con el rendimiento de la pila, ya que es un componente clave de la pila de combustible y los electrolizadores donde se producen reacciones electroquímicas. Se ha reconocido que los defectos, como una mayor resistencia interfacial entre las capas de catalizador o la grieta en la capa de catalizador durante el proceso de fabricación de MEA, influyen en la degradación de la pila. Además del problema de la degradación, el alto costo sigue siendo otro desafío importante para el mercado.

Se han llevado a cabo varios estudios y demostraciones, lo que ha resultado en degradación en los frecuentes arranques y paradas, disminución de la densidad de potencia máxima o ciclos de carga de potencia casi aleatorios, lo que enfrenta problemas de durabilidad en las condiciones de carga prácticas y obstaculiza la viabilidad comercial de Tecnología de pilas de combustible.

Además, la humidificación del MEA provoca una menor conductividad y conduce a un incremento de la resistencia en el membrana y capa de catalizador, lo que resulta en la degradación química de la membrana. Este mecanismo de degradación da como resultado el adelgazamiento de la membrana y la disminución de la resistencia mecánica, lo que provoca una pérdida de rendimiento o falla de la celda, lo que puede obstaculizar la demanda del producto. Sin embargo, se han impulsado diversas investigaciones para desarrollar la identificación de fallos en la tecnología de pilas de combustible. Por ejemplo, las metodologías de la FRA se han aplicado a la investigación y el desarrollo de PEMFC, que analizan los diferentes mecanismos de degradación que afectan el desempeño de los PEMFC. Además, se utilizó espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS) para respaldar la optimización de los componentes.

SEGMENTACIÓN

Por análisis de componentes

El segmento de membranas crecerá a gran ritmo

Según los componentes, el mercado se segmenta en membranas, capas de difusión de gases, juntas y otros.

Entre ellos, el segmento de membranas representó la principal cuota de mercado de ensamblaje de electrodos de membrana del mercado global en 2020. El componente de membrana actúa como un aislante eléctrico en el ensamblaje. El componente proporciona una fuerte estabilidad mecánica, química y electroquímica en un entorno hostil rico en productos químicos en una variedad de condiciones operativas y también ofrece una larga vida útil, con baja permeabilidad de los reactivos.

Se espera que el segmento de capas de difusión de gas experimente un crecimiento considerable durante el período de pronóstico, ya que estas capas actúan como medios porosos para transportar el reactivo desde el campo de flujo y dispersarlo uniformemente sobre los sitios del catalizador. 

El segmento de otros incluye componentes como tinta, lavado con ácido, prensado en caliente y métodos de corte y colocación.

Por análisis de aplicaciones

Una representación infográfica de Membrane Electrode Assemblies MEA Market

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El segmento de pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC) representó la mayor cuota de mercado

Según el usuario final, el mercado se clasifica en pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC), pilas de combustible de metanol directo, electrolizadores y otros.

El segmento de pilas de combustible de membrana de intercambio de protones representó la mayor participación en el mercado en 2020. La pila de combustible de membrana de intercambio de protones se utiliza ampliamente en aplicaciones estacionarias para sistemas de energía y dispositivos portátiles. Además, muchos fabricantes utilizan pilas de combustible PEM en demostraciones de automóviles, autobuses y vehículos comerciales.

El electrolizador también es un segmento clave del mercado, ya que se considera una de las tecnologías más confiables para producir hidrógeno verde de manera no contaminante y utiliza energía renovable como fuente eléctrica. La aplicación produce hidrógeno directamente en el lugar y es comparativamente el método más económico.

El segmento de otros incluye aplicaciones como pilas de combustible de electrolitos poliméricos, pilas de combustible alcalinas, pilas de combustible de aire de hidrógeno u oxígeno y muchas más.

PERSPECTIVAS REGIONALES

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El mercado ha sido analizado en cinco regiones clave: América del Norte, Asia Pacífico, Europa y el resto del mundo. 

Asia Pacífico es la región principal del mercado global. En términos de valor, la región tuvo una participación del 53,4% en 2020. En Asia Pacífico, se espera que la creciente demanda de vehículos eléctricos, varios marcos para promover la energía renovable y agreguen el mercado de conjuntos de electrodos de membrana debido a la consideración general de tecnologías de pilas de combustible e hidrógeno para lograr el objetivo. La Conferencia de Comercialización de Pilas de Combustible de Japón (FCCJ), una organización del sector privado, ha promovido la tecnología de pilas de combustible para crear un escenario de comercialización de FCEV y ha acumulado un número de FCEV de alrededor de 2 millones para 2025, cubriendo la mayoría de las ciudades de Japón.

Se prevé que América del Norte crezca exponencialmente durante el período previsto debido a la introducción comercial de la tecnología de pilas de combustible y a inversiones sustanciales en el programa de investigación y desarrollo de pila de combustible tecnologías. La administración de tecnologías de pilas de combustible del Departamento de Energía de EE. UU. (DoE) ha establecido objetivos para promover la comercialización generalizada de tecnologías de pilas de combustible a través del desarrollo tecnológico, la demostración y diversos esfuerzos para superar los desafíos institucionales y de mercado. Además, varios estados están planteando planes de acción para disminuir la huella de carbono.

En Europa, la atención puesta en el desarrollo de vehículos de alta eficiencia energética y la promoción de la transpiración basada en hidrógeno está agregando al mercado de conjuntos de electrodos de membrana. Las diversas iniciativas de los organismos gubernamentales han puesto el foco en el desarrollo y la comercialización de tecnologías de pilas de combustible. Por ejemplo, el proyecto GAIA financiado por la Unión Europea (UE), que se centra en el desarrollo de MEA automotrices de alta potencia y alta densidad de corriente, tiene como objetivo mejorar significativamente los diseños de los MEA que satisfagan los objetivos operativos, de costo y durabilidad establecidos por la pila de combustible. Además, el proyecto incorpora OEM, organizaciones industriales y de investigación líderes, experiencia en ciencia y tecnología de pilas de combustible para desarrollar MEA de mayor rendimiento.

El resto del mundo tuvo una participación mínima del mercado en 2020. Varios países, como Sudáfrica, Dubai y Brasil, han mostrado un interés significativo en probar y desplegar FCEV en los próximos años. Además, los países también están invirtiendo sustancialmente para desarrollar la infraestructura de hidrógeno y apoyar la transición en la movilidad general. Por ejemplo, en febrero de 2021, se espera que Sudáfrica comience a fabricar y comercializar tecnologías de pilas de combustible. El gobierno ha estado trabajando con el análisis de la industria del sector privado, la academia y varios socios para desarrollar tecnología de celdas de combustible de hidrógeno y tecnología de almacenamiento de energía. Se espera que esta deriva en la energía del hidrógeno impulse el mercado. Además, este trabajo también sirve para el establecimiento de nuevos usos y un nuevo mercado para el grupo del metal platino, que tiene gran disponibilidad en el país.

JUGADORES CLAVE DE LA INDUSTRIA

Ballard Power Systems se centrará en ampliar su línea de productos y utilizar sus canales para comercializar nuevos productos

Actualmente, Ballard Power Systems, Johnson Matthey, BASF SE, W. L. Gore & Associates, Inc. y Plug Power Inc. son los actores clave en el mercado y representan una participación dominante en 2020. Iniciativas gubernamentales de apoyo para la creciente industria renovable y una El creciente número de fusiones y adquisiciones ha dado lugar a una intensa competencia en el mercado.

Ballard Power Systems se dedica al desarrollo y suministro de soluciones innovadoras de pilas de combustible para mercados como el de automoción, marítimo, ferroviario, manipulación de materiales y otros. La cartera de productos de la empresa se clasifica en dos segmentos principales: productos de energía de pilas de combustible y soluciones tecnológicas.  La división de formulación e integración para el ensamblaje de membranas forma parte del desarrollo de productos y proporciona experiencia y recursos que respaldan el avance de la tecnología de pilas de combustible. La empresa opera tres instalaciones en Burnaby, Canadá, que tienen una capacidad combinada de producir un millón de MEA y pilas de combustible al año. Por ejemplo, el 28 de septiembre de 2020, Ballard Power Systems decidió ampliar seis veces su capacidad de fabricación para producir conjuntos de electrodos de membrana en sus instalaciones centrales en Vancouver.

LISTA DE EMPRESAS CLAVE PERFILADAS:

• Sistemas de energía Ballard (Canadá)


• Johnson Matthey (Reino Unido)


• Sistemas de energía daneses (Dinamarca)


• BASF SE (Alemania)


• W.L. Gore y asociados, Inc. (A NOSOTROS.)


• Giner Inc. (A NOSOTROS.)


• FuelCellsEtc (EE.UU.)


• Pilas de combustible IRD (Dinamarca)


• Greenerity GmBH (Alemania)


• Plug Power Inc. (EE. UU.)


• Hyplat (Sudáfrica)


• The Chemours Company (EE. UU.)


• Sainergy (Georgia)


• Yangtze Energy Technologies, Inc. (Taiwán)


• Wuhan WUT Nueva Energía Co., Ltd (China)


• YuanBo Ingeniería Co., Ltd (China)

DESARROLLOS CLAVE DE LA INDUSTRIA:

• enero 2021 - Johnson Matthey y SFC Energy AG firman un nuevo acuerdo multimillonario para el suministro de conjuntos de electrodos de membrana (MEA). JM suministrará al menos 400.000 conjuntos de electrodos de membrana. El acuerdo comenzará en febrero de 2021 y tendrá una duración de más de tres años.


• Septiembre 2020 - Ballard Power Systems decidió ampliar seis veces su capacidad de fabricación para la producción de conjuntos de electrodos de membrana (MEA) en sus instalaciones centrales en Vancouver, Canadá. La capacidad mejorada produce 6 millones de MEA al año, equivalente a aproximadamente 1,66 Gigavatios. La mejora de la capacidad ha convertido a las instalaciones de Ballard en Vancouver en la mayor unidad de producción de pilas de combustible que opera en todo el mundo para vehículos comerciales.

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