La crescita del mercato dei materiali per celle a combustibile PEM è trainata dal settore dei trasporti, riporta IDTechEx

Con la crescente economia dell'idrogeno, le celle a combustibile a membrana a scambio protonico (PEM) sono oggetto di continue innovazioni, soprattutto in termini di sviluppo dei materiali. Per alcuni componenti si vedono materiali dominanti, ma stanno emergendo opzioni competitive alternative e il panorama tecnologico sta iniziando a cambiare. Oltre alla copertura della crescente domanda di componenti, all'analisi della catena di fornitura e alla valutazione delle principali tendenze tecnologiche, IDTechEx prevede che il mercato dei materiali per le celle a combustibile PEM supererà il valore di 8 miliardi di dollari entro il 2034.

 

Con la spinta verso un trasporto a emissioni zero, guidata sia dalle politiche governative che dalla domanda dei consumatori, il mercato delle soluzioni alimentate a celle a combustibile è destinato a crescere nei prossimi anni. I veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV) hanno registrato i primi successi, in particolare per i veicoli passeggeri (automobili), con la Toyota Mirai e la Hyundai NEXO ben consolidate sul mercato. Anche il settore dei veicoli pesanti offre opportunità crescenti, con camion e autobus alimentati a celle a combustibile in grado di operare da un hub all'altro senza la necessità di una rete di rifornimento estesa. Oltre ai veicoli stradali, le celle a combustibile troveranno spazio anche nelle applicazioni marine e nei treni a emissioni zero.

 

Con la crescita del mercato delle celle a combustibile nelle applicazioni di trasporto, si assisterà a un'inevitabile crescita della domanda di materiali e componenti per celle a combustibile PEM. IDTechEx ha pubblicato il nuovo rapporto "Materiali per celle a combustibile PEM 2024-2034: tecnologie, mercati, attori", che include previsioni granulari a 10 anni segmentate per tipo di veicolo per i principali componenti delle celle a combustibile sia in termini di unità che di volume, dettagliando anche il valore associato a ciascun componente. Oltre alle previsioni di mercato granulari, il rapporto include la valutazione degli operatori, il benchmarking tecnologico e l'analisi delle tendenze sia per i materiali che per i componenti incorporati nelle celle a combustibile PEM.

 

 

Una cella a combustibile PEM è costituita da diversi componenti chiave, mentre più celle sono combinate per formare uno stack di celle a combustibile. La piastra bipolare (BPP) distribuisce il combustibile tra le celle a combustibile prima che lo strato di diffusione del gas (GDL) trasporti i reagenti e i prodotti rispettivamente da/verso lo strato di catalizzatore. Il catalizzatore è rivestito sulla membrana (CCM), mentre la membrana stessa trasporta i protoni da un lato all'altro della cella a combustibile. Collettivamente, il PEM, la CCM e il GDL sono noti come gruppo elettrodo membrana (MEA). Il mercato delle celle a combustibile PEM per i trasporti è destinato a crescere a un CAGR del 28% tra il 2024 e il 2034, ma ci sono domande chiave a cui rispondere in merito ai componenti utilizzati nelle celle a combustibile.

 

Le BPP sono la spina dorsale della cella a combustibile, in quanto forniscono un supporto strutturale, separano i combustibili ossigeno e idrogeno e raccolgono la corrente generata nella cella. A causa dei diversi ruoli delle BPP, la scelta del materiale deve tenere conto di una serie di parametri importanti: la resistenza meccanica, la resistenza alla corrosione, la conducibilità elettrica e la conducibilità termica sono tutti elementi di vitale importanza, mentre è necessario considerare anche il fattore di forma dei canali del campo di flusso delle piastre. Il rapporto IDTechEx analizza i due materiali dominanti per le BPP, la grafite e il metallo, con un'analisi dei fornitori di componenti, delle loro scelte di materiali e degli accordi della catena di fornitura con gli OEM.

 

La MEA è un componente importante delle celle a combustibile, che incorpora la membrana a scambio protonico, la CCM e il GDL. Il GDL è probabilmente il più semplice dei componenti delle celle a combustibile, ma svolge un ruolo importante nella gestione dell'acqua all'interno della cella stessa. Il rapporto fornisce una panoramica dei principali attori di questo segmento di mercato, insieme ai fattori di differenziazione tecnologica e alle informazioni relative ai fornitori OEM. Inoltre, si discute delle tendenze materiali per quanto riguarda il miglioramento della capacità del GDL di consentire la gestione dell'acqua all'interno della cella.

 

Il PEM consente il trasporto dei protoni da un lato all'altro della cella ed è tipicamente costituito da una famiglia specifica di polimeri noti come ionomeri. Il leader del mercato è il Nafion, un prodotto di Chemours; tuttavia, sono presenti sul mercato diversi altri materiali ionomerici alternativi. Uno dei principali punti di discussione sulle PEM è il potenziale impatto delle politiche di regolamentazione dell'uso dei materiali PFAS, attualmente la scelta dominante per le celle a combustibile. IDTechEx fornisce un'analisi comparativa dei materiali alternativi per le membrane rispetto a quelli tradizionali in relazione a tre dei parametri più importanti per le PEM: resistenza elettrica, capacità di scambio ionico (IEC) e spessore della membrana. Un'elevata resistenza elettrica è necessaria per garantire che la cella a combustibile non vada in cortocircuito, mentre membrane alte (IEC) e sottili consentono un rapido trasporto di protoni attraverso la cella, aumentandone così le prestazioni. Come membrane a scambio protonico si stanno affermando materiali alternativi e nuovi, come gli idrocarburi e le strutture metallo-organiche (MOF), soprattutto se si considerano le potenziali restrizioni sui PFAS.

 

Un'area di importanza critica per le celle a combustibile PEM è l'incorporazione di un materiale catalitico nella cella per consentire che la reazione chimica avvenga efficacemente a temperature inferiori a 100°C, permettendo le condizioni acquose che la PEM richiede per il trasporto del protone. In genere, come catalizzatori si utilizzano il platino e altri metalli del gruppo del platino (PGM). Tuttavia, l'elevato costo di questi metalli preziosi ostacola la riduzione dei costi dell'intero stack di celle a combustibile. Il rapporto di IDTechEx illustra i principali fornitori di catalizzatori PGM agli OEM e prevede la domanda di materiali PGM e il valore associato all'integrazione di questi metalli in una CCM. Un punto focale della ricerca e dello sviluppo nel settore delle celle a combustibile è la riduzione del costo del catalizzatore, limitando il volume di MGP richiesto o trovando materiali catalitici alternativi.

 

Per maggiori dettagli sulla domanda di materiali, sulle tendenze e sulle nuove alternative emergenti agli operatori storici per i componenti delle celle a combustibile PEM, consultare il rapporto di mercato IDTechEx "Materiali per celle a combustibile PEM 2024-2034: tecnologie, mercati, attori".