El sector del transporte impulsa el crecimiento del mercado de materiales para pilas de combustible PEM, según IDTechEx

Fuel cell hydrogen truck engine. Eco-friendly commercial vehicle
Con la creciente economía del hidrógeno, las pilas de combustible de membrana de intercambio protónico (PEM) son objeto de continuas innovaciones, especialmente en lo que se refiere al desarrollo de materiales. En algunos componentes predominan los materiales tradicionales, pero están surgiendo opciones competitivas alternativas y el panorama tecnológico está empezando a cambiar. Junto con la cobertura de la creciente demanda de componentes, el análisis de la cadena de suministro y la evaluación de las tendencias tecnológicas clave, IDTechEx prevé que el mercado de materiales para pilas de combustible PEM supere un valor de 8.000 millones de dólares en 2034.
 
Con el impulso hacia el transporte de emisiones cero, impulsado tanto por la política gubernamental como por la demanda de los consumidores, se prevé que el mercado de soluciones impulsadas por pilas de combustible crezca en los próximos años. Los vehículos eléctricos de pila de combustible (FCEV) han cosechado ya algunos éxitos, sobre todo en turismos, con el Toyota Mirai y el Hyundai NEXO bien asentados en el mercado. El sector de los vehículos pesados también ofrece cada vez más oportunidades, con camiones y autobuses propulsados por pilas de combustible capaces de funcionar de centro a centro sin necesidad de una extensa red de repostaje. Más allá de los vehículos de carretera, habrá oportunidades para las pilas de combustible en aplicaciones marinas y trenes de emisiones cero.
 
A medida que crezca el mercado de pilas de combustible para aplicaciones de transporte, se producirá un crecimiento inevitable de la demanda de materiales y componentes para pilas de combustible PEM. IDTechEx ha publicado un nuevo informe, "Materiales para pilas de combustible PEM 2024-2034: tecnologías, mercados, actores" que incluye previsiones granulares a 10 años segmentadas por tipo de vehículo para los componentes clave de las pilas de combustible, tanto en términos de unidades como de volumen, al tiempo que detalla el valor asociado a cada componente. Más allá de las previsiones de mercado granulares, el informe incluye una evaluación de los actores, una evaluación comparativa de las tecnologías y un análisis de las tendencias tanto de los materiales como de los componentes incorporados a las pilas de combustible PEM.
 
Valor y cuota de mercado de los materiales para pilas de combustible PEM por componente. Fuente: IDTechEx
 
Una pila de combustible PEM consta de varios componentes clave, mientras que varias pilas se combinan para formar una pila de combustible. La placa bipolar (BPP) distribuye el combustible entre las pilas de combustible antes de que la capa de difusión de gases (GDL) transporte los reactivos y los productos a/desde la capa catalizadora, respectivamente. El catalizador está recubierto sobre la membrana (CCM), mientras que la propia membrana transporta protones de un lado a otro de la pila de combustible. En conjunto, el PEM, el CCM y el GDL se conocen como conjunto de electrodos de membrana (MEA). El mercado de las pilas de combustible PEM para el transporte crecerá a una tasa interanual anual del 28% entre 2024 y 2034, pero hay preguntas clave que deben responderse con respecto a los componentes utilizados en las pilas de combustible.
 
Los BPP son la columna vertebral de la pila de combustible, ya que proporcionan soporte estructural, separan los combustibles gaseosos oxígeno e hidrógeno y recogen la corriente generada en la pila. Debido a las diferentes funciones de los BPP, la elección del material debe tener en cuenta una serie de parámetros importantes, como la resistencia mecánica, la resistencia a la corrosión, la conductividad eléctrica y la conductividad térmica, todos ellos de vital importancia, así como el factor de forma de los canales del campo de flujo de las placas. En el informe de IDTechEx se analizan las dos opciones de material dominantes para las BPP, el grafito y el metal, incluyendo un análisis de los proveedores de componentes, sus opciones de material y los acuerdos de la cadena de suministro con los fabricantes de equipos originales.
 
La MEA es un componente fundamental de las pilas de combustible, que incorpora la membrana de intercambio de protones, el CCM y el GDL. El GDL es probablemente el más sencillo de los componentes de las pilas de combustible, pero desempeña un papel fundamental en la gestión del agua dentro de la propia pila. En el informe se describen los principales actores de este segmento del mercado, así como los diferenciadores tecnológicos y la información relativa a los fabricantes de equipos originales a los que se suministra. Además, se analizan las tendencias materiales en relación con la mejora de la capacidad del GDL para permitir la gestión del agua dentro de la célula.
 
El PEM permite el transporte de los protones de un lado a otro de la célula y suele estar formado por una familia específica de polímeros conocida como ionómero. El líder del mercado es el Nafion, un producto de Chemours; sin embargo, existen otros materiales ionómeros alternativos en el mercado. Uno de los principales temas de debate en torno a los PEM es el posible impacto de las políticas que regulan el uso de materiales PFAS, actualmente la opción dominante para las pilas de combustible. IDTechEx compara los materiales alternativos de las membranas con los actuales en tres de los parámetros más importantes de las PEM: resistencia eléctrica, capacidad de intercambio iónico (IEC) y grosor de la membrana. Una resistencia eléctrica elevada es necesaria para evitar cortocircuitos en la pila de combustible, mientras que unas membranas finas y con una capacidad de intercambio iónico (IEC) elevada permiten un transporte rápido de protones a través de la pila, lo que aumenta su rendimiento. Los nuevos materiales alternativos, como los hidrocarburos y los marcos metalorgánicos (MOF), están ganando terreno como membranas de intercambio de protones, sobre todo si se tienen en cuenta las posibles restricciones de los PFAS.
 
Un área de importancia crítica para las pilas de combustible PEM es la incorporación de un material catalítico a la pila que permita que la reacción química se produzca eficazmente a temperaturas inferiores a 100 °C, permitiendo las condiciones acuosas que requiere la PEM para el transporte de protones. Normalmente, el platino y otros metales del grupo del platino (PGM) se utilizan como catalizadores. Sin embargo, el elevado coste de estos metales preciosos inhibe la reducción de costes del conjunto de la pila de combustible. El informe de IDTechEx detalla los principales proveedores de catalizadores PGM a los fabricantes de equipos originales y prevé la demanda de materiales PGM y el valor asociado a la integración de estos metales en una MCP. Uno de los focos de atención de la I+D relacionada con las pilas de combustible es la reducción del coste del catalizador, ya sea limitando el volumen de MGP necesario o encontrando materiales catalíticos alternativos.
 
Para obtener más información sobre la demanda de materiales, las tendencias y las nuevas alternativas emergentes a los componentes tradicionales de las pilas de combustible PEM, consulte el informe de mercado de IDTechEx "Materiales para pilas de combustible PEM 2024-2034: tecnologías, mercados, actores: IDTechEx".