IDTechEx berichtet, dass das Wachstum des Marktes für PEM-Brennstoffzellenmaterialien vom Transportsektor angetrieben wird

Im Zuge der wachsenden Wasserstoffwirtschaft sind Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEM) Gegenstand ständiger Innovationen, insbesondere im Hinblick auf die Materialentwicklung. Bestimmte Komponenten werden von etablierten Materialien dominiert, aber es entstehen alternative, wettbewerbsfähige Optionen, und die Technologielandschaft beginnt sich zu verändern. Neben der Erfassung der wachsenden Komponentennachfrage, der Analyse der Versorgungskette und der Bewertung der wichtigsten Technologietrends prognostiziert IDTechEx, dass der Materialmarkt für PEM-Brennstoffzellen bis 2034 einen Wert von 8 Milliarden US-Dollar überschreiten wird.

 

Mit dem Vorstoß in Richtung eines emissionsfreien Verkehrs, der sowohl durch die Politik als auch durch die Nachfrage der Verbraucher vorangetrieben wird, wird der Markt für brennstoffzellenbetriebene Lösungen in den kommenden Jahren voraussichtlich wachsen. Brennstoffzellen-Elektrofahrzeuge (FCEV) haben bereits erste Erfolge erzielt, insbesondere bei Personenkraftwagen (PKW), wobei der Toyota Mirai und der Hyundai NEXO auf dem Markt gut etabliert sind. Der Schwerlastsektor bietet ebenfalls wachsende Möglichkeiten, da brennstoffzellenbetriebene Lkw und Busse auf einer Hub-to-Hub-Basis betrieben werden können, ohne dass ein umfangreiches Betankungsnetz erforderlich ist. Neben Straßenfahrzeugen werden sich auch Chancen für Brennstoffzellen in Schiffsanwendungen und emissionsfreien Zügen ergeben.

 

Da der Markt für Brennstoffzellen im Transportwesen wächst, wird die Nachfrage nach Materialien und Komponenten für PEM-Brennstoffzellen unweigerlich steigen. IDTechEx hat einen neuen Bericht mit dem Titel "Materialien für PEM-Brennstoffzellen 2024-2034: Technologien, Märkte, Akteure" veröffentlicht, der granulare 10-Jahres-Prognosen für die wichtigsten Brennstoffzellenkomponenten nach Fahrzeugtyp in Bezug auf Einheiten und Volumen enthält und auch den mit jeder Komponente verbundenen Wert detailliert aufzeigt. Neben den detaillierten Marktprognosen enthält der Bericht eine Bewertung der Marktteilnehmer, ein Technologie-Benchmarking und eine Trendanalyse sowohl für Materialien als auch für Komponenten, die in PEM-Brennstoffzellen eingesetzt werden.

 

 

Eine PEM-Brennstoffzelle besteht aus mehreren Schlüsselkomponenten, wobei mehrere Zellen zu einem Brennstoffzellenstapel kombiniert werden. Die Bipolarplatte (BPP) verteilt den Brennstoff auf die Brennstoffzellen, bevor die Gasdiffusionsschicht (GDL) die Reaktanten und Produkte zur bzw. von der Katalysatorschicht transportiert. Der Katalysator ist auf der Membran (CCM) beschichtet, während die Membran selbst Protonen von einer Seite der Brennstoffzelle zur anderen transportiert. Zusammen werden PEM, CCM und GDL als Membran-Elektroden-Einheit (MEA) bezeichnet. Der Markt für PEM-Brennstoffzellen für das Verkehrswesen wird zwischen 2024 und 2034 mit einer CAGR von 28 % wachsen, aber es gibt wichtige Fragen zu den in den Brennstoffzellen verwendeten Komponenten zu beantworten.

 

Die BPP sind das Rückgrat der Brennstoffzelle, sie bieten strukturelle Unterstützung, trennen die Brennstoffe Sauerstoff und Wasserstoff und sammeln den in der Zelle erzeugten Strom. Aufgrund der verschiedenen Aufgaben der BPP muss bei der Wahl des Materials eine Reihe wichtiger Parameter berücksichtigt werden, wobei die mechanische Festigkeit, die Korrosionsbeständigkeit, die elektrische Leitfähigkeit und die Wärmeleitfähigkeit von entscheidender Bedeutung sind, während der Formfaktor der Strömungsfeldkanäle der Platten ebenfalls berücksichtigt werden muss. In dem IDTechEx-Bericht werden die beiden vorherrschenden Materialien für BPPs, Graphit und Metall, einem Benchmarking unterzogen, einschließlich einer Analyse der Komponentenlieferanten, ihrer Materialauswahl und der Lieferkettenvereinbarungen mit OEMs.

 

Die MEA ist ein Hauptbestandteil von Brennstoffzellen und umfasst die Protonenaustauschmembran, das CCM und die GDL. Die GDL ist wohl die einfachste der Brennstoffzellenkomponenten; sie spielt jedoch eine wichtige Rolle beim Wassermanagement in der Zelle selbst. Der Bericht gibt einen Überblick über die wichtigsten Akteure in diesem Marktsegment sowie über technologische Unterscheidungsmerkmale und Informationen darüber, welche OEMs beliefert werden. Darüber hinaus werden Materialtrends im Hinblick auf die Verbesserung der Fähigkeit der GDL, das Wassermanagement innerhalb der Zelle zu ermöglichen, erörtert.

 

Die PEM ermöglicht den Transport der Protonen von einer Seite der Zelle zur anderen und besteht in der Regel aus einer bestimmten Familie von Polymeren, die als Ionomer bekannt sind. Der Marktführer ist Nafion, ein Produkt von Chemours; es sind jedoch auch mehrere andere Ionomer-Materialien auf dem Markt. Ein wichtiges Gesprächsthema in Bezug auf PEMs sind die potenziellen Auswirkungen einer Politik, die die Verwendung von PFAS-Materialien regelt, die derzeit die vorherrschende Wahl für Brennstoffzellen sind. IDTechEx bietet ein Benchmarking alternativer Membranmaterialien im Vergleich zu den etablierten Materialien im Hinblick auf drei der wichtigsten Parameter für PEMs: elektrischer Widerstand, Ionenaustauschkapazität (IEC) und Membrandicke. Ein hoher elektrischer Widerstand ist erforderlich, um sicherzustellen, dass die Brennstoffzelle nicht kurzgeschlossen wird, während hohe (IEC) und dünne Membranen einen schnellen Protonentransport durch die Zelle ermöglichen und damit die Zellleistung erhöhen. Alternative, neuartige Materialien wie Kohlenwasserstoffmaterialien und metallorganische Gerüste (MOFs) gewinnen als Protonenaustauschmembranen zunehmend an Bedeutung, insbesondere wenn man mögliche PFAS-Beschränkungen berücksichtigt.

 

Ein Bereich von entscheidender Bedeutung für PEM-Brennstoffzellen ist der Einbau eines katalytischen Materials in die Zelle, um die chemische Reaktion bei Temperaturen unter 100 °C effektiv ablaufen zu lassen und die wässrigen Bedingungen zu ermöglichen, die die PEM für den Protonentransport benötigt. In der Regel werden Platin und andere Platingruppenmetalle (PGM) als Katalysatoren verwendet. Die hohen Kosten dieser Edelmetalle stehen jedoch einer Kostenreduzierung des gesamten Brennstoffzellenstapels entgegen. Der Bericht von IDTechEx beschreibt die wichtigsten Lieferanten von PGM-Katalysatoren für OEMs und prognostiziert die Nachfrage nach PGM-Materialien und den Wert, der mit der Integration dieser Metalle in einen CCM verbunden ist. Ein Schwerpunkt der Forschung und Entwicklung im Bereich der Brennstoffzellen ist die Senkung der Katalysatorkosten, entweder durch Begrenzung der benötigten PGM-Menge oder durch die Suche nach alternativen Katalysatormaterialien.

 

Weitere Einzelheiten über die Nachfrage nach Materialien, Trends und neuartige Alternativen zu den etablierten Herstellern von PEM-Brennstoffzellenkomponenten finden Sie im IDTechEx-Marktbericht "Materialien für PEM-Brennstoffzellen 2024-2034: Technologien, Märkte, Akteure".