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PEM燃料電池用材料 2024-2034：技術、市場、プレーヤーMaterials for PEM Fuel Cells 2024-2034: Technologies, Markets, Players 水素経済が牽引し続ける中、燃料電池電気自動車（FCEV）市場の拡大に伴い、プロトン交換膜（PEM）燃料電池の材料需要が拡大すると見られている。本レポートでは、バイポーラプレート（BPP）、ガス拡散層（GDL... もっと見る
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サマリー
水素経済が牽引し続ける中、燃料電池電気自動車（FCEV）市場の拡大に伴い、プロトン交換膜（PEM）燃料電池の材料需要が拡大すると見られている。本レポートでは、バイポーラプレート（BPP）、ガス拡散層（GDL）、触媒コーティング膜（CCM）、膜電極アセンブリ（MEA）、アイオノマー、白金触媒など、PEM燃料電池のコンポーネントの主要情報について詳述する。
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PEM燃料電池は、様々な構成要素の相乗的相互作用によって作動する。BPPは燃料電池全体に燃料を供給し、GDLは反応物と生成物をそれぞれ触媒層へ／触媒層から輸送する。触媒は膜（CCM）上にコーティングされ、膜自体はプロトンを燃料電池の一方から他方へ輸送する。CCMとGDLを総称してMEAと呼ぶ。輸送用PEM燃料電池市場は、2024年から2034年にかけて年平均成長率28%で成長すると予測されているが、燃料電池に使用されるコンポーネントに関して重要な疑問がある。既存材料と新興材料の動向は？需要の増加に対応するため、これらの部品の製造方法はどのように変化するのか？拡大する燃料電池部品市場の主要プレーヤーは？
PEM燃料電池コンポーネントの技術動向
本レポートでは、燃料電池内の主要コンポーネントの内訳を示し、それぞれの事例で使用されている既存の材料と技術を詳述しています。サプライチェーンと業界内の主要プレーヤーを分析し、市場全体の概要を構築しています。しかし、既存の材料であっても、材料の選択によって技術にバリエーションが生まれる可能性はある。BPPを例にとると、典型的な材料選択には、金属（チタン、ステンレス鋼など）またはグラファイト製のプレートが含まれる。本レポートでは、金属プレートとグラファイトプレートのベンチマークを示し、各素材が最も適している特定の車種（乗用車、バン、トラック、バス、船舶、列車）に焦点を当てている。
アイオノマー膜のナフィオンのような有力な既存材料にもかかわらず、破壊的技術が出現し始めており、早期に有望な兆しを見せている一方、PFAS材料を制限する潜在的規制が市場に大きな影響を与える可能性がある。新素材、コーティング、製造技術は学術的な段階にあり、早期に商業的な利用も始まっている。代替高分子交換膜の包括的な分析が実施され、燃料電池の最適性能を確保するために最も重要なパラメータについて、既存のナフィオンに対するベンチマークが示されている。
スケールメリットによる部品コストの削減
IDTechEx は、BEV がゼロ・エミッション車市場を支配すると予想しているが、ゼロ・エミッション車への 推進により、FCEV が自動車セクター全体のシェアを拡大すると予想している。IDTechEx は、FCEV の合計市場が 2035 年までに 350 億米ドルを超えると予測している。特に、FCEV は大型セクターで有望であり、トラック、船舶、列車に電力を供給し、サプライチ ェーンのハブ・ツー・ハブコネクターとして機能し、多様な水素燃料インフラの必要性を軽減する。このような市場シェアの拡大により、PEM燃料電池を構成するすべての部品に対する材料需要が増加し、その主な結果として、規模の経済が定着するにつれて部品のコストが削減されることになる。
本レポートでは、既存技術の最適化から新興材料や自動製造システムまで、構成部品のコスト削減の道筋をいくつか概説している。BPP材料の場合、多様なメーカー、現在実用化されている様々な材料と製造技術、そして提案されている技術について詳細な概要が示されており、燃料電池を動力とする輸送手段がより広範囲に普及するにつれて、プレート1枚当たりの価格がどのように変化するかについても考察されている。
市場を牽引するもの 研究開発の触媒
政府が特に都市環境におけるゼロエミッション車の導入を支援する政策を制定しようとしている中、いくつかの政府機関は、BEVや従来の内燃エンジン車との競争を可能にする燃料電池技術のコスト削減を全体的な目標として、メーカーや材料サプライヤーが取り組むべき目標を設定している。本レポートでは、これらの目標が燃料電池用材料市場にどのような影響を与えているかを取り上げている。例えば、米国エネルギー省（DOE）の燃料電池の触媒質量に関する目標が、材料の研究開発分野にどのような影響を与えているかなどである。
研究開発を促進するその他の要因には、材料の経済的価値や燃料電池スタックの効率などがある。新興材料が燃料電池の白金に取って代わり、触媒（およびCCM）のコストを削減する方法については本レポートで取り上げている。一方、コンポーネントのフォームファクターを小さくすることでスタックの出力密度を高めたいという要望は、より薄いBPPの開発に最も明確に表れている。本レポートでは、これらのプレートを製造するための新しいコーティング技術や製造方法を取り上げている。
包括的分析と市場予測
IDTechExは電気自動車産業を包括的にカバーしており、BEVとFCEVの詳細、船舶や鉄道のほか、FCEVの調査を乗用車、小型商用車（バン）、大型トラック、市バスに区分している。乗用車、小型商用車（バン）、大型トラック、市バスに分類している。技術および市場動向に関する専門知識は、世界規模の主要プレーヤーへのインタビューや複数の会議への出席を通じて構築している。
本レポートでは、FCEV業界におけるIDTechExの予測から導き出した、輸送用途におけるPEMFCの主要燃料電池部品（BPP、GDL、CCM、MEA、アイオノマーなど）の材料需要について、輸送モードと車両タイプ別に区分したきめ細かな10年間の市場予測を提供している。各構成部品に関連する価値を詳述しながら、構成部品の材料需要について単位と数量の両方で予測を行っている。
本レポートでは以下の情報を提供しています：
技術動向：
バリューチェーン分析：
市場予測と分析：
目次
Summary
この調査レポートでは、バイポーラプレート（BPP）、ガス拡散層（GDL）、触媒コーティング膜（CCM）、膜電極アセンブリ（MEA）、アイオノマー、白金触媒など、PEM燃料電池のコンポーネントの主要情報について詳細に調査・分析しています。
主な掲載内容（目次より抜粋）
Report Summary
Materials demand for proton exchange membrane (PEM) fuel cells is set to grow in line with an expanding fuel cell electric vehicle (FCEV) market, as the hydrogen economy continues to gain traction. This report details the key information for components in PEM fuel cells such as bipolar plates (BPP), gas diffusion layers (GDL), catalyst coated membrane (CCM), membrane electrode assemblies (MEA), ionomers, platinum catalysts and more.
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A PEM fuel cell operates via the synergistic interaction of the various components. The BPP distributes fuel throughout the fuel cell, before the GDL transports reactants and products to/from the catalyst layer, respectively. The catalyst is coated on the membrane (CCM), while the membrane itself transports protons from one side of the fuel cell to the other. Collectively, the CCM and GDL are known as an MEA. The PEM fuel cell for transportation market is set to grow at a CAGR of 28% between 2024 and 2034, but there are key questions to be answered with respect to the components used in fuel cells. What are the trends seen for incumbent and emerging materials? How will manufacturing methods for these components change to meet increased demand? Who are the main players within the expanding fuel cell components market?
Technology trends for PEM fuel cell components
This report gives a breakdown of the key components within a fuel cell, detailing the incumbent materials and technologies used in each instance. Analysis of supply chains and major players within the industry builds an overview of the market as a whole. However, even for the incumbent materials, there is still scope for variations to the technology based on materials selection. Taking the example of BPPs, typical material choice includes plates made from either metal (e.g. titanium, stainless steel) or graphite. This report provides benchmarking of metal and graphite plates, highlighting the particular vehicle types (passenger cars, vans, trucks and buses alongside ships and trains) for which each material is most well suited.
Despite dominant incumbent materials, such as Nafion for ionomer membranes, disruptive technologies are beginning to emerge, showing signs of early promise, while potential regulations restricting PFAS materials could heavily impact the market. Novel materials, coatings and manufacturing techniques are seen at academic stage, with some early commercial uptake, and analysis of these disruptions to the incumbent are included in this report. A comprehensive analysis of alternative polymer exchange membranes was carried out and these are benchmarked against the incumbent, Nafion, for the most important parameters to ensure optimal performance of the fuel cell.
Economy of scale to reduce cost of components
FCEVs are yet to achieve similar market penetration seen for battery electric vehicles (BEV), and while IDTechEx expects BEVs to dominate the zero-emission vehicles market, the drive towards zero-emission vehicles is expected to see FCEVs capture a growing share of the overall vehicles sector; IDTechEx predicts the combined FCEV market to exceed US$35 billion by 2035. In particular, FCEVs show promise for the heavy-duty sector, powering trucks, ships and trains that can operate as hub-to-hub connectors for the supply chain, mitigating the need for a diverse hydrogen fuel infrastructure. This increasing market share will see higher material demand for all of the components within PEM fuel cells, and a major outcome of this will be a reduction in cost of components as the economy of scale takes hold.
This report outlines several paths by which the cost of components will reduce, from optimization of incumbent technology to emerging materials and automated manufacturing systems. For the case of BPP materials, a detailed overview is given of the diverse range of manufacturers and the various materials and manufacturing techniques currently implemented, and those that are proposed, with a discussion of the related price progression per plate as wider-scale uptake of fuel cell powered transportation occurs.
Market drivers: Catalysts for research and development
As governments seek to enact policy to assist the implementation of zero emission vehicles, specifically in urban environments, several government agencies have set targets for manufacturers and material suppliers to work towards, with the overall goal of reducing the cost of fuel cell technology to enable competition with BEVs and traditional internal combustion engine vehicles. This report covers the manner in which these targets impact the materials market for fuel cells, such as how US Department of Energy's (DOE) targets for the mass of catalyst in fuel cells is influencing the areas of material R&D.
Other factors driving R&D include the economic value of materials and efficiency of the fuel cell stack. The manner in which emerging materials can replace platinum in the fuel cell and reduce the cost of the catalyst (and CCM) is covered in the report, while the desire to increase the power density of the stack by reducing the form factor of components is most clearly evident in the development of thinner BPPs. The report covers novel coating techniques and manufacturing methods for producing these plates.
Comprehensive analysis and market forecasts
IDTechEx covers the electric vehicle industry comprehensively, detailing BEVs and FCEVs, alongside ships and trains; with the FCEV research segmented by passenger car, light commercial vehicle (van), heavy duty trucks and city buses. Expertise on technical and market developments is built through interviewing major players on the global scale and attending several conferences.
This report offers granular 10-year market forecasts, derived from IDTechEx forecasts in the FCEV industry, for the materials demand for PEMFCs in transportation applications for key fuel cell components (BPP, GDL, CCM, MEA, ionomer, etc) segmented by mode of transport and vehicle type. Forecasts are given for materials demand for components by both units and volume, while detailing the value associated with each of these components.
This report provides the following information:
Technology trends:
Value chain analysis:
Market Forecasts & Analysis:
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よくあるご質問IDTechEx社はどのような調査会社ですか?IDTechExはセンサ技術や3D印刷、電気自動車などの先端技術・材料市場を対象に広範かつ詳細な調査を行っています。データリソースはIDTechExの調査レポートおよび委託調査（個別調査）を取り扱う日... もっと見る 調査レポートの納品までの日数はどの程度ですか?在庫のあるものは速納となりますが、平均的には 3-４日と見て下さい。
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