Tamanho do mercado de células de combustível de cerâmica protônica, participação e análise de impacto COVID-19, por aplicação (transporte e energia fora da rede) e previsão regional, 2023 – 2030

O tamanho global do mercado de células de combustível cerâmico protônico foi avaliado em US$ 60,21 milhões em 2022. O mercado deve crescer de US$ 79,05 milhões em 2023 para US$ 553,55 milhões até 2030, exibindo um CAGR de 32,05% durante o período de previsão.

Uma célula a combustível de cerâmica protônica opera em altas temperaturas, usando um eletrólito cerâmico condutor de prótons. É um tipo de célula a combustível de óxido sólido, parte de uma gama mais ampla de células a combustível. Essa tecnologia é baseada em materiais cerâmicos para o eletrólito e encontra aplicações imediatas em diversos cenários, principalmente em países em desenvolvimento. Fornece soluções descentralizadas para sistemas críticos, alimenta equipamentos durante emergências e melhora o acesso à energia em áreas remotas. Hidrogênio e célula de combustível As tecnologias fizeram avanços significativos em termos de eficiência, durabilidade, confiabilidade e redução de custos. As células a combustível de cerâmica protônica podem operar de forma reversível, armazenando energia renovável por meio do emprego da eletrólise da água para produzir hidrogênio, que mais tarde pode ser convertido novamente em eletricidade. O mercado está crescendo devido ao aumento do interesse em soluções de energia limpa e sustentável.

IMPACTO DA COVID-19

A rápida propagação da COVID-19 levou o mercado a uma desaceleração substancial

A propagação global da COVID-19 impactou quase todos os países em vários estágios. As medidas tomadas durante a pandemia reduziram consideravelmente a procura de electricidade em vários sectores, levando a mudanças no mix energético. As medidas de confinamento reduziram significativamente a procura de eletricidade na indústria, afetando, por sua vez, o cabaz energético. A diminuição da procura de electricidade aumentou a percentagem de energias renováveis ​​no fornecimento de electricidade, uma vez que a sua produção não é em grande parte afectada pela procura.  A procura caiu para todas as outras fontes de electricidade, incluindo carvão, gás e potência nuclear também diminuiu durante a pandemia.

Muitas instituições de investigação e empresas envolvidas no desenvolvimento de células de combustível de cerâmica protónica tiveram de interromper ou limitar as suas atividades de investigação e desenvolvimento durante a pandemia. Esta interrupção nos esforços de I&D poderia ter abrandado o ritmo da inovação e da introdução de novas e melhoradas tecnologias de PCFC. Globalmente, numerosos estabelecimentos em diversos sectores, incluindo o sector energético, cessaram ou reduziram despesas de capital. Além disso, as perturbações nas cadeias de abastecimento do sector energético levaram a um abrandamento no fabrico de vários equipamentos do sector energético.

Tendências do mercado de células de combustível de cerâmica protônica

Aumentar as atividades de pesquisa e desenvolvimento para melhorar a capacidade do produto impulsiona o crescimento do mercado

Células a combustível de cerâmica protônica (PCFCs) têm grande potencial para maior eficiência de conversão de energia do que dispositivos convencionais. Especialistas da Universidade de Tecnologia de Hong Kong produziram um produto inovador à base de ferro material catódico para alcançar desempenho recorde para PCFCs. Isto representa um avanço significativo no crescimento e comercialização desta tecnologia capaz de energia renovável.

As células de combustível, concebidas para aproveitar a energia química do hidrogénio ou de combustíveis suplementares para gerar electricidade numa fonte de energia limpa e eficiente, foram intensamente desenvolvidas em todo o mundo para fazer face à escassez de energia e às alterações climáticas. Uma nova tecnologia conhecida como PCFCs foi desenvolvida neste campo com base em eletrólitos cerâmicos condutores de prótons. Além disso, essas células oferecem vantagens como alta eficiência, baixa emissão de poluentes e adaptabilidade a diversos gases, como metano, biogás e amônia.

Eles geralmente são usados ​​para geração de energia descentralizada, como geração de energia fora da rede. Os PCFCs são ativados em altas temperaturas, normalmente acima de 500°C, permitindo melhor eficiência termodinâmica do que células de combustível de temperatura mais baixa. Devido à sua alta eficiência, os PCFCs são adequados para geração de energia em sistemas combinados de calor e energia, onde o calor residual e os sistemas de cogeração podem contribuir para o aquecimento de outros processos industriais.

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Fatores de crescimento do mercado de células de combustível de cerâmica protônica

Melhor eficiência e diminuição da dependência de combustíveis fósseis para impulsionar o crescimento do mercado

A dependência da sociedade da queima de combustíveis fósseis para obter energia representa um desafio urgente na mitigação das alterações climáticas e na transição para uma economia energética sustentável e neutra em carbono. Espera-se que o fornecimento de energia de hidrogénio desempenhe um papel importante como transportador de energia numa economia futura sustentável e limpa, convertendo a sua energia química em energia eléctrica através de células de combustível.

Na indústria de células de combustível, as células de combustível de cerâmica protônica têm potencial e são mais eficientes para serem atualizadas em relação às células de combustível convencionais, como Células de Combustível de Óxido Sólido (SOFC) . Isto se deve predominantemente à sua capacidade de operar eficientemente em temperaturas baixas e intermediárias e à sua qualidade de diluição não combustível no ânodo durante a operação. Espera-se que a eficiência aprimorada e a inclinação para a adoção de energia limpa aumentem a demanda por células de combustível à base de cerâmica protônica durante o período de previsão.

Investimentos significativos e iniciativas contínuas de grandes empresas aumentaram substancialmente o tamanho do mercado. Por exemplo, a Adaptive Energy (AE), desenvolvedora e fabricante de células de combustível de óxido sólido (SOFC), concentra-se em fornecer produtos SOFC confiáveis, robustos e econômicos na faixa de potência de 100-350W. A empresa pretende aproveitar a tecnologia de células de combustível cerâmicas tubulares de nível militar, combinando-a com os recentes avanços nesses materiais de células de combustível e na fabricação da Escola de Minas do Colorado. Este esforço tem como objetivo criar uma pilha de células de combustível portátil, movida a propano, de temperatura intermediária e 300We + para aplicações de energia remota ou fora da rede.

Flexibilidade da célula de combustível cerâmica protônica para impulsionar o crescimento do mercado

Os PCFCs podem gerar energia limpa e eficiente para alimentar diversas aplicações. As células de combustível utilizam a energia química do hidrogénio ou de outros combustíveis para gerar eletricidade de forma limpa e eficiente, impulsionando a sua aceitação como fonte de energia limpa. Os PCFCs geralmente operam em uma faixa intermediária de temperatura entre 400–800⁰C, dando-lhes a vantagem de maior mobilidade e menor energia de ativação dos prótons. A operação no nível intermediário resulta em flexibilidade de combustível. Além disso, a sua capacidade de operar com hidrocarbonetos simples é frequentemente preferida, proporcionando uma utilização generalizada do hidrogénio como combustível.

Além disso, os PCFCs também podem ser utilizados em diferentes fontes de combustível, que atuam como um dos parâmetros críticos para o melhor desempenho de células a combustível baseadas em cerâmica protônica.

A Escola de Minas do Colorado demonstrou uma classe relativamente nova de células de combustível que tem durabilidade e flexibilidade a longo prazo necessárias para se tornar uma alternativa comercial viável às tecnologias existentes de células de combustível. Os pesquisadores testaram 11 combustíveis diferentes: hidrogênio, metano, GNV (com e sem sulfeto de hidrogênio), propano, n-butano, i-butano, isooctano, metanol, etanol e amônia. Os testes demonstraram excelente desempenho e durabilidade excepcional em todos os tipos de combustível durante milhares de horas de operação. Este avanço posiciona os PCFCs como componentes críticos com alta durabilidade e flexibilidade. É provável que isto impulsione uma maior adoção de células de combustível protónicas à base de cerâmica em locais fora da rede, incluindo locais remotos, áreas e geradores de energia de emergência em desastres naturais e muito mais.

FATORES DE RESTRIÇÃO

Disponibilidade de célula de combustível alternativa eficiente para limitar o crescimento do mercado

Tecnologias alternativas de células de combustível, como células a combustível com membrana de troca de prótons e as células a combustível de óxido sólido foram extensivamente pesquisadas, desenvolvidas e comercializadas durante um longo período em comparação com as células a combustível de cerâmica protônica. Essas tecnologias alternativas têm um histórico de aplicações bem-sucedidas e ampla aceitação no mercado em vários setores de uso final. A disponibilidade de tecnologias de pilhas de combustível disponíveis corresponde frequentemente a infra-estruturas de apoio. Por exemplo, em algumas regiões, a infraestrutura de hidrogénio necessária para PCFC é mais desenvolvida do que a necessária para PCFC que envolve processamento de combustível a alta temperatura.

A falta de infraestrutura necessária pode representar desafios para a PCFC competir de forma eficaz e limitar o seu crescimento no mercado. A disponibilidade de infra-estruturas e a sua compatibilidade com os sistemas existentes desempenham um papel crucial na limitação da utilização de células de combustível do tipo cerâmica protónica. A PCFC, com a sua necessidade de investimentos adicionais em infra-estruturas e modificações nos sistemas existentes, pode dissuadir potenciais utilizadores. Além disso, o PCFC requer uma temperatura mais elevada para operar, o que limita a sua adequação para aplicações específicas ou requer sistemas de gestão térmica adicionais. A disponibilidade de tecnologias alternativas de células de combustível mais adequadas aos requisitos específicos de aplicação pode limitar as oportunidades de crescimento do mercado.

Análise de segmentação de mercado de células de combustível de cerâmica protônica

Por análise de aplicação

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A energia fora da rede domina o mercado devido à alta durabilidade e eficiência do PCFC

Com base na aplicação, o mercado global é segmentado em transporte e energia fora da rede. O segmento de energia fora da rede domina o mercado de combustíveis cerâmicos protônicos. Existem várias implementações fora da rede, incluindo a distribuição e o fornecimento de energia em substituição de combustíveis fósseis, resultando em emissões zero de carbono, impactando assim positivamente o segmento de energia fora da rede.

A energia fora da rede refere-se à geração e utilização de energia em áreas não conectadas à rede elétrica tradicional, incluindo locais remotos, áreas rurais ou aplicações de acesso à rede. A eficiência é crítica em aplicações fora da rede, onde os recursos podem ser limitados ou caros.

INFORMAÇÕES REGIONAIS

Este mercado é segmentado na América do Norte, Europa, Ásia-Pacífico e no resto do mundo.

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A América do Norte detém a maior participação de mercado global e sendo uma região desenvolvida, possui vários institutos de pesquisa. A Associação de Hidrogênio do Departamento de Energia dos EUA investiu em pesquisa e desenvolvimento de células de combustível para melhorar sua eficiência, durabilidade e acessibilidade. Esses investimentos são feitos por meio de órgãos federais como o Departamento de Energia. A General Motors usa o momento da célula de combustível com hidrogênio verde. O Departamento de Energia descreve o seu programa de hidrogénio como parte do seu portfólio de energia limpa.

A Europa detém a segunda maior quota de mercado de células de combustível de cerâmica protónica, uma vez que as regiões europeias estão a desenvolver o hidrogénio como fonte de energia e de células de combustível, oferecendo uma excelente alternativa ao esgotamento dos recursos de gás natural e petróleo. Os combustíveis fósseis estão a tornar-se mais escassos e mais caros e também contribuem para efeitos prejudiciais ao clima. CO2 emissões. O hidrogênio pode ser armazenado nas formas líquida e gasosa, permitindo a liberação controlada de energia. Ao contrário dos combustíveis fósseis, o hidrogénio é uma solução de energia limpa que não gera poluentes nem emissões prejudiciais ao clima.

Lista das principais empresas do mercado de células de combustível de cerâmica protônica

Enormes benefícios e aplicações associadas às células de combustível cerâmicas protônicas para impulsionar o crescimento do mercado

As empresas estão atualmente buscando o desenvolvimento de novas células a combustível de cerâmica protônica. O governo tem apoiado o desenvolvimento da investigação sobre células de combustível através de vários programas de financiamento, subvenções e iniciativas. O gabinete de tecnologias de hidrogénio e células de combustível está a abordar o desenvolvimento de aplicações que utilizam hidrogénio em vez dos combustíveis e tecnologias actuais que fornecem serviços energéticos modernos. A energia da célula de combustível converte diretamente a energia química em eletricidade, com água pura e calor potencialmente útil como subprodutos. Vários intervenientes no mercado estão a concentrar-se na redução das emissões de CO2 através da introdução de veículos com células de combustível. Por exemplo, em 2021, G.M. lançou a colaboração de voo movido a hidrogênio com a Hydrotec e a empresa aeroespacial Liebnerr. GM também trabalha com a Navistar em células de combustível para caminhões e com a Wabtec em locomotivas. Além disso, utiliza módulos Hydrotec como estações móveis de carregamento para veículos elétricos a bateria. O hidrogênio produzido é consumido e utilizado em diversas indústrias para refinar petróleo, tratar metais, produzir fertilizantes e processar alimentos.

Lista das principais empresas perfiladas:

• Bosch (Alemanha)


• Autonomia Edge (EUA)


• Grupo SolydEra (Itália)


• Tecnologia de pó cerâmico AS (Noruega)


• Cerâmica Técnica Superior (EUA)


• Nexceris, LLC (NÓS.)

PRINCIPAIS DESENVOLVIMENTOS DA INDÚSTRIA:

• Julho de 2023: A Bosch anunciou o início da produção em volume do seu módulo de energia de célula de combustível, abrangendo toda a cadeia de valor do hidrogénio. Essa tecnologia emergente estava pronta para fabricação e aplicação. Com a meta de gerar cerca de 7,85 mil milhões de dólares em vendas até 2030 através da tecnologia do hidrogénio, a Bosch assumiu a liderança como a primeira empresa a produzir estes sistemas na China e na Alemanha.


• Dezembro de 2022: A Solid Power anunciou que reforçou a sua parceria com o Grupo BMW, estendendo o seu acordo de desenvolvimento conjunto. A Solid Power concedeu ao BMW Group uma licença de pesquisa e desenvolvimento para o projeto e experiência de fabricação da Solid Power em células de estado sólido.


• Novembro de 2022: Nexceris, LLC forneceu uma atualização sobre a fabricação econômica de pilha de eletrólise de alta temperatura no evento DOE Hydrogen durante a Reunião Anual de Revisão de Mérito e Avaliação por Pares de 2022. O objetivo era permitir a fabricação de pilhas eletrolíticas de alta temperatura por US$ 100 por kW, um requisito crucial para cumprir a meta Earth Shot do DOE de produzir hidrogênio por US$ 1 por quilograma.


• Outubro de 2022: A Bosch iniciou um projeto piloto com a HUB Security para integrar a tecnologia SOFC em soluções holísticas de data center, especializando-se em segurança cibernética, hardware de TI seguro e soluções seguras de data center. A Bosch poderia fornecer a tecnologia SOFC como um sistema plug-and-play pronto para uso, com uma potência de 100 kW, que poderia ser ampliado de forma flexível até a faixa de megawatts.


• Agosto de 2022: A Edge Autonomy adquiriu a Adaptive Energy, fabricante líder de tecnologia de células de combustível de óxido sólido. A Adaptive Energy é a principal fornecedora de SOFC para energia de baixa potência, com agências federais e clientes comerciais implantando suas soluções inovadoras nos mercados finais militar, de infraestrutura crítica e de transporte. Os SOFCs leves e com alta densidade energética da Adaptive Energy foram perfeitamente integrados às plataformas UAV da Edge Autonomy como uma tecnologia chave por mais de uma década.

COBERTURA DO RELATÓRIO

O relatório fornece uma análise detalhada do mercado e concentra-se em aspectos-chave, como empresas líderes, produtos/serviços e aplicações. Além disso, o relatório oferece insights sobre as tendências do mercado e destaca os principais desenvolvimentos da indústria e análises da célula de combustível protônica. Além dos fatores acima, o relatório abrange diversos fatores que contribuíram para o crescimento do mercado nos últimos anos.

An Infographic Representation of Protonic Ceramic Fuel Cell Market

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