Marktbericht zu Brennstoffzellen in der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungsbereich: Größe, Marktanteil und Trendanalyse nach Produkt (PEMFC, SOFC), nach Anwendung (Luft- und Raumfahrt {Verkehrsflugzeuge, Hubschrauber}, Verteidigung {Militärdrohnen/UAVs, Militärfahrzeuge}) und nach Region (Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik, Naher Osten und Afrika, Lateinamerika), Prognosen, 2025–2033

Marktdynamik

Treiber des globalen Brennstoffzellenmarktes in der Luft- und Raumfahrt sowie der Verteidigung

Zunehmender Fokus auf Dekarbonisierung in der Luft- und Raumfahrtindustrie

Laut der Air Transport Action Group war der Luft- und Raumfahrtsektor im Jahr 2020 für 2,0 % der globalen CO₂-Emissionen verantwortlich. Die International Air Transport Association (IATA) verzeichnete 2020 einen deutlichen Rückgang des Flugverkehrs, der hauptsächlich auf die Auswirkungen der COVID-19-Pandemie zurückzuführen war. Infolgedessen haben Akteure der Luftfahrtindustrie aktiv Initiativen zur Reduzierung der CO₂-Emissionen und zur Dekarbonisierung des Sektors ergriffen. Länder wie Deutschland, Großbritannien, die USA und Frankreich haben nationale Wasserstoffstrategien entwickelt, die sich auf die Dekarbonisierung des Transport- und Luftfahrtsektors konzentrieren. Airbus beispielsweise setzt vorrangig auf den Einsatz von Wasserstoff-Brennstoffzellen und nachhaltigen Flugzeugtreibstoffen (SAF), um sein Geschäft mit Verkehrsflugzeugen zu dekarbonisieren.

Darüber hinaus wird die direkte Verbrennung von Wasserstoff in Turbofan- oder Turboprop-Triebwerken als eine der Technologien zur Dekarbonisierung der Luftfahrtindustrie eingesetzt. Unternehmen weltweit kooperieren, um den Dekarbonisierungsprozess in der Luftfahrt zu beschleunigen. So schlossen beispielsweise TotalEnergies und Safran im September 2021 eine strategische Partnerschaftsvereinbarung, um gemeinsam kommerzielle und technische Lösungen für die Dekarbonisierung der Luftfahrtindustrie zu entwickeln. Die genannten Faktoren dürften das Wachstum der Dekarbonisierung in der Luft- und Raumfahrtindustrie im Prognosezeitraum vorantreiben.

Steigende Ausgaben für Militärdrohnen/UAVs

Militärdrohnen haben sich in der modernen Kriegsführung zur bevorzugten Waffe entwickelt und werden von staatlichen und nichtstaatlichen Einheiten eingesetzt. Faktoren wie hohe Effektivität, steigende Nachfrage nach Aufklärung, Überwachung und Spionage, sinkende Preise für unbemannte Luftfahrzeuge (UAVs) und hohe Einsatzfähigkeit auf dem Schlachtfeld dürften das Marktwachstum ankurbeln. Laut der Teal Group werden die Ausgaben für Forschung und Entwicklung sowie die Beschaffung von Militärdrohnen voraussichtlich von 11,1 Milliarden US-Dollar im Jahr 2020 auf 14,3 Milliarden US-Dollar im Jahr 2029 steigen.

Darüber hinaus arbeiten verschiedene Anbieter an der Markteinführung von Brennstoffzellen-Militärdrohnen. So wurde beispielsweise im Mai 2021 der Rüstungskonzern LIG Nex1 für ein staatliches Projekt in Südkorea ausgewählt, das die Entwicklung einer hochleistungsfähigen, mit Wasserstoff-Brennstoffzellen betriebenen Frachtdrohne für militärische und zivile Anwendungen zum Ziel hat. Bis 2025 sollen rund 39,3 Millionen US-Dollar in die Entwicklung der Drohne investiert werden. Dank der hohen Energiedichte von Brennstoffzellen und weiterer Vorteile wie geringerer Geräuschentwicklung und Vibrationen im Vergleich zu benzinbetriebenen Drohnen kann die Drohne längere Strecken zurücklegen als herkömmliche batteriebetriebene Drohnen. Diese Faktoren dürften den Markt im Prognosezeitraum maßgeblich beeinflussen.

Hemmnisse auf dem globalen Brennstoffzellenmarkt in der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungssektor

Hohe Kosten von Brennstoffzellensystemen führen zu hohen Kosten von Militärfahrzeugen

Die hohen Kosten von Brennstoffzellensystemen wirken sich nachteilig auf die Gesamtfahrzeugkosten aus. Daher besteht eine große Herausforderung für Marktteilnehmer in der Entwicklung von Technologien oder Systemen, die die Kosten für Brennstoffzellenstapel und die Systemkomponenten (BOP) effizient steuern und gleichzeitig deren Lebensdauer verlängern können. Die Umsetzung geeigneter Maßnahmen zur Erzielung von Skaleneffekten dürfte maßgeblich dazu beitragen, diese Technologie wirtschaftlich rentabel zu machen.

Zudem ist die Elektrolyse ein äußerst ineffizientes und energieintensives Verfahren zur Wasserstofferzeugung. Der erzeugte Wasserstoff muss daher komprimiert und anschließend in einen Fahrzeugtank gefüllt werden. Dieses Verfahren macht Brennstoffzellenfahrzeuge (FCEVs) unwirtschaftlich und hemmt das Marktwachstum.

Globale Marktchancen für Brennstoffzellen in der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungssektor

Steigende Ausgaben für Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung

Die Ausgaben für Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung steigen trotz der COVID-19-Pandemie weiter an, die 2020 zu einem Rückgang des Passagierflugverkehrs um 66 % führte. Für 2021 wird ein weltweites Wachstum der Verteidigungsausgaben um 2,8 % erwartet, da die Länder angesichts der sich im Zuge der Pandemie verschärfenden geopolitischen Spannungen ihre Streitkräfte weiter stärken. Große Staaten haben angekündigt, ihre Militärausgaben trotz der wirtschaftlichen Auswirkungen der COVID-19-Pandemie auf die Haushaltsdefizite zu erhöhen.

Darüber hinaus kündigte China im Mai 2020 ein Militärbudget von 178,2 Milliarden US-Dollar an, 6,6 % mehr als im Vorjahr. Auch Japan gab ein Budget von 51,6 Milliarden US-Dollar bekannt, das Neunfache des Vorjahreswertes. Ebenso bieten emissionsfreie Brennstoffzellen eine hohe Effizienz und sind zuverlässiger für Langstreckenflüge und militärische Überwachung. Daher ermöglicht die Erhöhung der Ausgaben für Luft- und Raumfahrt sowie VerteidigungBrennstoffzellentechnologiesich weiterzuentwickeln und den Markt zu durchdringen.

Segmentanalyse

Der globale Markt für Brennstoffzellen in der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungsbereich ist nach Produkt und Anwendung segmentiert.

Basierend auf dem Produkt,Der globale Markt ist in Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) und Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) unterteilt.

Das Segment der PEMFCs dominiert den Weltmarkt und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich deutlich wachsen. PEMFCs benötigen für ihren Betrieb reinen Wasserstoff, Sauerstoff und Wasser. Sie arbeiten bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur von etwa 80 °C, was einen schnellen Start ermöglicht und den Verschleiß der Systemkomponenten reduziert. Dadurch sind PEMFCs langlebiger als andere Brennstoffzellentypen. Sie bieten zudem Vorteile wie geringes Gewicht und Volumen. Aufgrund ihrer Effizienz, Kompaktheit, ihres breiten Temperaturbereichs und ihrer Langlebigkeit werden PEMFCs häufig in der Luft- und Raumfahrtindustrie für Transportanwendungen eingesetzt. Laut Honeywell Aerospace sind luftgekühlte PEMFCs aufgrund ihres überlegenen Wärmemanagements, des geringeren Gewichts der Nebenaggregate, der kürzeren Lebensdauer des Stacks und der eingeschränkten Integrationsflexibilität optimal für Luft- und Raumfahrtanwendungen.

PEMFC-Batterien werden auch in verschiedenen Verteidigungsanwendungen eingesetzt, darunter Militärfahrzeuge und Drohnen. Das Produktsegment der PEMFC-Batterien hat aufgrund der steigenden Nachfrage nach Brennstoffzellen in unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs) ein signifikantes Wachstum und eine hohe Anerkennung erfahren, was zu gesteigerten Verkaufszahlen und einer größeren Bedeutung geführt hat.

Festoxid-Brennstoffzellen erzeugen Strom aus Wasserstoff, Erdgas und anderen erneuerbaren Brennstoffen. Daher entstehen in den meisten Fällen keine umweltschädlichen Emissionen. Festoxid-Brennstoffzellen produzieren Strom durch eine chemische Reaktion und sind dabei nahezu geräuschlos. Darüber hinaus kann der Einsatz von Brennstoffzellenfahrzeugen oder anderen mobilen Anwendungen den Geräuschpegel während der Fahrt reduzieren.Festoxid-BrennstoffzellenBloom Energy bietet erhebliche Wachstumschancen im stationären Bereich für Wohn- und Gewerbeimmobilien. Das Unternehmen hat sich zu einem führenden Anbieter von Brennstoffzellen-basierter Stromerzeugung entwickelt, der SOFCs einsetzt.

Basierend auf der Bewerbung,Der globale Markt ist in die Bereiche Luft- und Raumfahrt (zivile Flugzeuge und Hubschrauber) und Verteidigung (militärische Drohnen/UAVs und Militärfahrzeuge) unterteilt.

Im Luft- und Raumfahrtsektor hält das Segment der Verkehrsflugzeuge den größten Marktanteil an Brennstoffzellen. Wasserstoffbetriebene Brennstoffzellen werden in Flugzeugen mit einer Passagierkapazität von bis zu 20 Personen eingesetzt. Dennoch führen Flugzeughersteller derzeit Machbarkeitsstudien für größere Verkehrsflugzeuge durch. So startete Airbus beispielsweise im Januar 2021 das ZEROe-Programm. Dieses besteht aus sechs achtblättrigen, mit Wasserstoff-Brennstoffzellen betriebenen Gondeln, die unter den Tragflächen großer Verkehrsflugzeuge angebracht werden. Das System umfasst einen Propeller, Elektromotoren, Brennstoffzellen, einen LH2-Tank, ein Kühlsystem und Hilfseinrichtungen.

Darüber hinaus absolvierte der Hersteller von Wasserstoff-Elektromotoren, ZeroAvia, im September 2020 den weltweit ersten kommerziellen Flug mit Brennstoffzellenantrieb. Der Wirkungsgrad von Wasserstoff-Brennstoffzellen in Verkehrsflugzeugen erreichte bis zu 60 %, verglichen mit 25 % bei einem herkömmlichen Verbrennungsmotor. Im Februar 2021 kündigte das slowenische Unternehmen Pipistrel Aircraft Pläne zur Markteinführung eines leichten, mit Wasserstoff-Brennstoffzellen betriebenen 19-sitzigen Hybridflugzeugs an, um das Segment der Pendlerflugzeuge zu revolutionieren. Diese Entwicklungen dürften die Nachfrage nach Brennstoffzellen im Segment der Verkehrsflugzeuge im Prognosezeitraum steigern.

Das Segment der Militärfahrzeuge dominierte den Verteidigungssektor. Militärdrohnen sind hochmoderne Systeme in der Verteidigungsindustrie und erfreuen sich großer Beliebtheit, insbesondere in Anwendungen wie Überwachung und Kontrolle. Der Einsatz von Brennstoffzellen und militärischen unbemannten Luftfahrzeugen (UAVs) zur Verringerung der Abhängigkeit von Ölimporten dürfte sich als wichtiger Markttrend etablieren. Trotz der fortschreitenden technologischen Entwicklung stellt die Herstellung leichter UAVs eine Herausforderung dar. Erfahrungsgemäß machen Energiequelle und Treibstoff bei typischen UAVs etwa 35–65 % des Fahrzeuggewichts aus, bei kleinen UAVs sind es eher 38–40 %. Die Hersteller arbeiten jedoch an Strategien, um diesen Herausforderungen zu begegnen. So kooperierte beispielsweise die südkoreanische Luftwaffe im Mai 2021 mit Doosan Mobility Innovation, Inc., um wasserstoffbetriebene Brennstoffzellendrohnen zur Verbesserung ihrer Überwachungskapazitäten zu beschaffen.

Regionalanalyse

Nach Regionen ist der globale Markt für Brennstoffzellen in der Luft- und Raumfahrt sowie im Verteidigungsbereich in Nordamerika, Europa, Asien-Pazifik, Mittel- und Südamerika sowie den Nahen Osten und Afrika unterteilt.

Nordamerika dominiert den Weltmarkt

Nordamerika ist der bedeutendste Marktteilnehmer und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich ein signifikantes Wachstum verzeichnen. Dies ist auf die Umsetzung von Maßnahmen zur Reduzierung des CO₂-Fußabdrucks in der Region sowie auf die Bereitstellung finanzieller Mittel für die Förderung der Brennstoffzellenforschung und -entwicklung zurückzuführen. Anbieter wie Bloom Energy haben die Installation von Brennstoffzellen in Branchen wie Verteidigung, Luft- und Raumfahrt, Rechenzentren, Sportstadien und Gewerbegebäuden in den USA vorangetrieben. Der nordamerikanische Brennstoffzellenmarkt bietet äußerst attraktive Investitionsmöglichkeiten für diverse kommerzielle Forschungsprojekte.

Darüber hinaus haben sich die Vereinigten Staaten zu einem bedeutenden Markt für Brennstoffzellen entwickelt und mit erheblicher Unterstützung des US-Energieministeriums (DOE) Pionierarbeit im Bereich Innovation geleistet. Die US-Armee und -Marine nutzen Brennstoffzellen in Nordamerika. Komponenten für Brennstoffzellen in Hubschraubern werden von marktorientierten Anbietern kontinuierlich weiterentwickelt. All diese Faktoren tragen gemeinsam zum Wachstum des Marktes bei.

Für Europa wird im Prognosezeitraum ein deutliches Wachstum erwartet. Die Ziele und Projekte der Europäischen Kommission für Brennstoffzellenfahrzeuge in wichtigen europäischen Ländern haben das Wachstum und den Einsatz von Brennstoffzellensystemen in Europa beschleunigt. Organisationen unterstützen Forschungsaktivitäten und bieten die notwendige Unterstützung für die Entwicklung und den Einsatz von Brennstoffzellenprojekten. Zu den wichtigsten europäischen Organisationen gehören das Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking (FCH JU) und Hydrogen Europe. Darüber hinaus plant die Europäische Regierung eine erhebliche Reduzierung der Treibhausgasemissionen. Daher haben sich mehrere europäische Länder die Implementierung innovativer Technologien wie Brennstoffzellen (vor allem PEMFC) zum Ziel gesetzt, um diese Ziele zu erreichen. Dies dürfte im Prognosezeitraum erhebliche Chancen für Brennstoffzellenhersteller eröffnen.

Im asiatisch-pazifischen Raum wird der Markt vor allem durch die steigende Nachfrage nach Brennstoffzellen in verschiedenen Verteidigungs- und Luftfahrtanwendungen angetrieben, darunter Verkehrsflugzeuge, Hubschrauber, Militärdrohnen/UAVs und Militärfahrzeuge. Die zunehmenden Verteidigungsausgaben in Ländern wie China, Indien, Japan und Südkorea, verbunden mit einer steigenden Zahl von Flugreisenden, dürften das Wachstum von Anwendungen im Verteidigungs- und Luftfahrtsektor weiter ankurbeln und damit die Nachfrage nach Brennstoffzellen steigern. China war umsatzmäßig führend im asiatisch-pazifischen Markt. Laut dem Stockholmer Internationalen Friedensforschungsinstitut (SIPRI) entfielen im Jahr 2020 rund 13 % der weltweiten Militärausgaben auf China. Die steigenden Ausgaben im Militär- und Verteidigungssektor befeuern somit die Nachfrage nach Militärdrohnen/UAVs und Militärfahrzeugen, was voraussichtlich erhebliche Chancen für Brennstoffzellen eröffnen wird.

Der Einsatz von Brennstoffzellen dürfte aufgrund des steigenden Bedarfs an alternativen Energiequellen in den Schwellenländern Mittel- und Südamerikas infolge zunehmender Umweltbedenken zunehmen. Dies ebnet den Weg für das Wachstum des Brennstoffzellenmarktes in Mittel- und Südamerika. Die Beteiligung staatlicher und privater Organisationen an der Forschung, Entwicklung und Implementierung von Brennstoffzellen in zahlreichen Industriezweigen Mittel- und Südamerikas deutet auf die Entwicklung und Akzeptanz dieser Technologie in der Region hin.

Im Nahen Osten und in Afrika konzentrieren sich die Ölförderunternehmen aufgrund zunehmender Umweltbedenken im Zusammenhang mit fossilen Brennstoffen verstärkt auf saubere Energiequellen. Darüber hinaus haben viele OPEC-Länder ihre Fördermengen reduziert, um die durch die Coronavirus-Pandemie gesunkene Ölnachfrage abzufedern. Viele Ölproduzenten im Nahen Osten setzen angesichts der pandemiebedingten Nachfragerückgänge auf Wasserstoff als sauberen Kraftstoff, was den Brennstoffzellenmarkt in der Luft- und Raumfahrtindustrie voraussichtlich ankurbeln wird.