Markt für Module für thermoelektrische Generatoren (TEG). Größe und Ausblick, 2024-2032

Marktübersicht

Die weltweite Marktgröße für thermoelektrische Generatormodule (TEG) wurde im Jahr 2023 auf 563,82 Millionen US-Dollar geschätzt. Schätzungen zufolge wird sie bis 2032 1.369,13 Millionen US-Dollar erreichen, was einem jährlichen Wachstum von 10,36 % im Prognosezeitraum (2024–2032) entspricht. Der globale Markt wird vor allem durch die steigende Nachfrage nach energieeffizienten und nachhaltigen Technologien aufgrund wachsender Umweltbedenken angetrieben. Der florierende Industriesektor weltweit erhöht auch die Nachfrage nach effizienten Stromquellen und treibt damit die Nachfrage nach thermoelektrischen Generatormodulen (TEG) voran. Darüber hinaus wurde verstärkt an thermoelektrischen Generatoren geforscht und entwickelt, was zur Entwicklung technologisch fortschrittlicher Generatoren führte, was voraussichtlich Marktexpansionsmöglichkeiten schaffen wird.

Ein thermoelektrisches Generatormodul (TEG) nutzt das Phänomen der Thermoelektrizität, um Wärmeenergie direkt in elektrische Energie umzuwandeln. Es basiert auf dem Seebeck-Effekt, der die Erzeugung einer elektrischen Spannung bei einem Temperaturgradienten über einem leitfähigen Material beschreibt. TEG-Module bestehen typischerweise aus einer Reihe von Thermoelementen, die aus zwei verschiedenen Arten von Halbleitern oder Metallen bestehen. Eine Spannungsdifferenz zwischen den beiden Anschlüssen eines Thermoelements entsteht, wenn eine Seite erhitzt und die andere abgekühlt wird, wodurch Strom erzeugt wird.

Module für thermoelektrische Generatoren (TEG) finden in verschiedenen Bereichen Anwendung, darunter die Stromerzeugung aus Abwärme in Industrieprozessen, Automobilabgassysteme und tragbare Elektronik zur Gewinnung von Energie aus Körperwärme oder anderen Umgebungswärmequellen. TEG-Module bieten Vorteile wie Zuverlässigkeit, geringen Wartungsaufwand und das Fehlen beweglicher Teile, wodurch sie für abgelegene oder raue Umgebungen geeignet sind, in denen herkömmliche Stromquellen möglicherweise nicht realisierbar sind.

Höhepunkte

• Der asiatisch-pazifische Raum ist der größte Anteilseigner auf dem Weltmarkt.

Marktdynamik

Globale Markttreiber für thermoelektrische Generatormodule (TEG):

Einführung energieeffizienter und nachhaltiger Technologien

Globale Trends bei der Eindämmung des Klimawandels treiben den Markt an, indem sie die Einführung energieeffizienter und nachhaltiger Technologien fördern. Energieeffizienz und saubere Energiequellen erhalten mehr Aufmerksamkeit, da sich die Nationen dazu verpflichten, die Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Beispielsweise handelt es sich beim Net Zero Emissions by 2050 Scenario (NZE-Szenario) um eine Reihe von Leitlinien, die viele Länder übernommen haben. Es stellt einen Fahrplan dar, dem der globale Energiesektor folgen muss, um bis zu diesem Datum Netto-CO2-Emissionen von Null zu erreichen.

Darüber hinaus spielen TEG-Module in diesem Zusammenhang eine entscheidende Rolle, indem sie die Erfassung und Nutzung von Abwärme ermöglichen und so die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringern und den CO2-Fußabdruck minimieren. Regierungen, Branchen und Verbraucher erkennen zunehmend die Bedeutung von Investitionen in Lösungen für erneuerbare Energien wie die TEG-Technologie, um die Auswirkungen des Klimawandels abzumildern und Nachhaltigkeitsziele zu erreichen, und treiben so das Wachstum des TEG-Modulmarktes voran.

Wachsende industrielle Anwendungen

In verschiedenen Industriebereichen steigt der Bedarf an zuverlässigen Stromquellen. Branchen wie das verarbeitende Gewerbe, der Bergbau, die Öl- und Gasindustrie sowie die Telekommunikation sind zur Aufrechterhaltung ihres Betriebs auf eine kontinuierliche Stromversorgung angewiesen. Generatormodule für fossile Brennstoffe sind eine zuverlässige Möglichkeit, Strom zu liefern, insbesondere in abgelegenen oder netzfernen Gebieten mit begrenztem Netzzugang. Darüber hinaus erhöht die Ausweitung der Industrieaktivitäten in Schwellenländern den Bedarf an zusätzlicher Stromerzeugungskapazität. Es wird erwartet, dass der Bedarf an Generatormodulen für fossile Brennstoffe mit der Expansion und Modernisierung der Industrie zunehmen wird, was die Marktexpansion im Industriesektor unterstützt. Dies wird das Wachstum des Weltmarktes beschleunigen.

Globale Marktbeschränkung für thermoelektrische Generatormodule (TEG):

Geringe Effizienz

Der geringe Wirkungsgrad von Modulen für thermoelektrische Generatoren (TEG) stellt ein erhebliches Hindernis für deren Markteinführung dar. Die TEG-Technologie wandelt Wärmedifferenzen in Strom um, ihr Wirkungsgrad bleibt jedoch geringer als bei herkömmlichen Stromerzeugungsmethoden. Die Effizienz wird vor allem durch die begrenzte Fähigkeit der thermoelektrischen Materialien, Wärme effizient in Strom umzuwandeln, eingeschränkt.

Trotz laufender Forschungs- und Entwicklungsbemühungen zur Verbesserung der Materialeigenschaften und Moduldesigns weisen TEG-Module in der Regel einen geringeren Wirkungsgrad auf, was zu einer geringeren Stromerzeugung pro Wärmeeintragseinheit führt. Diese Ineffizienz macht TEG weniger wirtschaftlich und wettbewerbsfähig, insbesondere bei Anwendungen, die eine hohe Leistungsabgabe oder anspruchsvolle Effizienzstandards erfordern.

Globale Marktchancen für thermoelektrische Generatormodule (TEG):

Wachsende Forschung und Entwicklung

Kontinuierliche Forschungs- und Entwicklungsbemühungen treiben Fortschritte in der TEG-Modultechnologie voran und verbessern Effizienz, Zuverlässigkeit und Kosteneffizienz. Diese Fortschritte machen TEG-Module für verschiedene Anwendungen attraktiver, von der Automobilindustrie über die Luft- und Raumfahrt bis hin zu Industriesektoren. Beispielsweise hat das National Renewable Energy Laboratory im Januar 2022 einen neuartigen, vielseitigen thermoelektrischen Generator entwickelt, der Abwärme effizient in Strom umwandeln kann, indem er um Rohre und andere heiße Oberflächen gewickelt wird.

Ebenso haben im Oktober 2023 Dr. SuDong Park, Byungki Ryu und Jaywan Chung vom Korea Electrotechnology Research Institute (KERI) haben eine neue Methode zur Messung der thermoelektrischen Effizienz und ein hocheffizientes mehrstufiges thermoelektrisches Generatormodul entwickelt. Diese Entdeckung kann möglicherweise die Leistung von Kernbatterien steigern, die für Raumsonden unerlässlich sind, und hat das Interesse des Deutschen Instituts für Luft- und Raumfahrtforschung geweckt. Es wird erwartet, dass solche Fortschritte Chancen für das Marktwachstum schaffen.

Regionalanalyse

Asien-Pazifik dominiert den Weltmarkt

Basierend auf der Region ist der globale Markt in Nordamerika, Europa, den asiatisch-pazifischen Raum, Lateinamerika sowie den Nahen Osten und Afrika unterteilt.

Der asiatisch-pazifische Raum ist der weltweit größte Marktanteilseigner für thermoelektrische Generatormodule (TEG) und wird im Prognosezeitraum voraussichtlich deutlich wachsen. Der asiatisch-pazifische Raum bietet Marktteilnehmern aufgrund der raschen Industrialisierung, Urbanisierung und einem wachsenden Fokus auf saubere Energielösungen lukrative Möglichkeiten. Länder wie China, Japan und Südkorea stehen an der Spitze der Einführung von TEG-Modulen, vorangetrieben von der Automobil- und Elektronikindustrie. Die Regierungen verschiedener Länder in dieser Region unternehmen Schritte, um den Einsatz von Elektrofahrzeugen zu fördern, um künftig Kraftstoffverbrauchsziele zu erreichen und Treibhausgasemissionen zu reduzieren. Beispielsweise hat die japanische Regierung im August 2018 eine Strategie für Elektrofahrzeuge ausgearbeitet, um die Koordinierung zu verbessern und einen reibungslosen Übergang in der Automobilindustrie zu gewährleisten. Ebenso wurde 2019 mit FAME II, kurz für Faster Adoption and Manufacturing of (Hybrid and) Electric Vehicles, ein Projekt in Indien gestartet. Es wird erwartet, dass Anreize die Förderung der inländischen Produktion von Elektrofahrzeugen in diesen Ländern katalysieren, was wiederum das Marktwachstum vorantreiben wird.

Darüber hinaus gab es eine Zunahme von Forschungs- und Entwicklungsinitiativen zur Entwicklung technologisch fortschrittlicher thermoelektrischer Generatormodule (TEG). Beispielsweise haben Forscher der Universität Osaka im Dezember 2018 ein kostengünstiges, großformatiges flexibles thermoelektrisches Generatormodul (FlexTEG) mit hoher mechanischer Haltbarkeit entwickelt, um Strom mit hoher Effizienz zu erzeugen. Das FlexTEG-Modul erreicht eine erhöhte Flexibilität in jede einzelne Richtung, indem es die Ausrichtung der oberen Elektroden auf beiden Seiten des Moduls ändert und eine Halbleiterchip-Packung mit hoher Dichte verwendet. Dadurch wurde die Rückgewinnungseffizienz der Abwärme durch thermoelektrische Umwandlung aus einer gekrümmten Wärmequelle verbessert und die mechanische Zuverlässigkeit des Moduls verbessert, indem die mechanische Belastung der Halbleiterchips verringert wurde. Folglich kurbeln all diese Faktoren den Markt für thermoelektrische Generatormodule (TEG) im asiatisch-pazifischen Raum an.

Es wird erwartet, dass Nordamerika deutlich wachsen wird. Der Wandel der Automobilindustrie hin zu Elektro- und Hybridfahrzeugen hat die Einführung von TEG-Modulen zur Abwärmerückgewinnung und zur Verbesserung der Gesamteffizienz des Fahrzeugs vorangetrieben. Mintel prognostizierte bis Ende 2023 einen Anstieg des Absatzes von Elektro- und Hybridautos um fast 40 %, der bis 2028 5 Milliarden Einheiten erreichen könnte. Somit treibt die hohe Nachfrage dieser Region nach Hybrid- und Elektrofahrzeugen das Marktwachstum an. Darüber hinaus wird erwartet, dass die technologische Weiterentwicklung dieses Geräts durch mehrere Forscher Möglichkeiten für eine Marktexpansion schaffen wird.

Beispielsweise arbeiten Forscher der Penn State im April 2023 daran, die Effizienz thermoelektrischer Generatoren zu verbessern, die Temperaturunterschiede in Elektrizität umwandeln können. Das Team entwickelte eine neuartige Technik zur Herstellung funktional abgestufter Materialien in thermoelektrischen Geräten. Dies führte zu einem Wirkungsgrad von 15,2 % bei einem einsträngigen Gerät, das einer Temperaturänderung von 670 Kelvin (ca. 1206 Fahrenheit) ausgesetzt war. Bestehende kommerziell erhältliche Geräte weisen einen Wirkungsgrad von 5 % bis 6 % auf.

Segmentanalyse

Der globale Markt für thermoelektrische Generatormodule (TEG) ist in Typ, Brennstoffquelle und Endbenutzer unterteilt.

Je nach Typ ist der Weltmarkt in mehrstufige, einstufige und Thermocycler unterteilt.

Ein mehrstufiges thermoelektrisches Generatormodul (TEG) soll den thermoelektrischen Effekt nutzen, um thermische Energie in elektrische Energie umzuwandeln. TEGs bestehen typischerweise aus mehreren thermoelektrischen Elementen, die elektrisch in Reihe und thermisch parallel geschaltet sind. Ein mehrstufiges TEG-Modul besteht aus mehreren übereinander gestapelten Schichten thermoelektrischer Materialien, wobei jede Schicht für den Betrieb in einem bestimmten Temperaturbereich optimiert ist.

Darüber hinaus kann der Gesamtwirkungsgrad des TEG durch den Einsatz mehrerer Stufen gesteigert werden, die jeweils auf einen bestimmten Temperaturbereich zugeschnitten sind. Dadurch kann der TEG Energie aus einem breiteren Spektrum von Wärmequellen nutzen, wodurch er vielseitiger und effizienter ist als einstufige TEGs. Mehrstufige TEG-Module werden üblicherweise in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, bei denen eine Abwärmerückgewinnung oder Stromerzeugung aus Wärmedifferenzen gewünscht ist.

Basierend auf der Brennstoffquelle ist der Weltmarkt in Generatoren für fossile Brennstoffe, Generatoren mit Solarenergie und Generatoren mit Kernbrennstoff unterteilt.

Fossile Brennstoffe wie Kohle, Erdöl, Erdgas, Rohöl und Bitumen emittieren einen hohen Kohlenstoffgehalt und werden häufig in verschiedenen Anwendungen eingesetzt, von der Stromerzeugung bis zum Transport. Sie produzieren auch verschiedene gängige Produkte wie Farben, Beschichtungen, Polymere, Reinigungsmittel, Kosmetika und Medikamente. Nach Angaben der IEA machten fossile Brennstoffe im Jahr 2023 über 60 % der weltweiten Stromproduktion aus. Darüber hinaus wird der Verbrauch fossiler Brennstoffe maßgeblich dadurch bestimmt, dass diese Brennstoffe an einem einzigen Standort eine hohe Stromproduktion erzeugen können.

Basierend auf den Endverbrauchern ist der globale Markt in Luft- und Raumfahrt, Transport, Energieerzeugung und andere unterteilt.

Der Luft- und Raumfahrtsektor des Marktes für thermoelektrische Generatormodule (TEG) zeichnet sich durch den Einsatz der TEG-Technologie in der Weltraumforschung und Luftfahrt aus. TEG-Module stellen eine praktikable Möglichkeit dar, Abwärme aus Luft- und Raumfahrtsystemen – wie Stromversorgungssystemen von Raumfahrzeugen oder Flugzeugtriebwerken – in nutzbare elektrische Energie umzuwandeln. Diese Kapazität senkt den Kraftstoffverbrauch, erhöht die Gesamtenergieeffizienz und verlängert die Einsatzzeiten. Darüber hinaus unterliegen TEG-Module, die in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt werden, strengen Spezifikationen hinsichtlich Zuverlässigkeit, Robustheit und Leistung in rauen Umgebungen wie erhöhten Temperaturen, Vibrationen und Strahlungseinwirkung.

jüngsten Entwicklungen

• Juli 2023 – Forscher der Penn State haben einen thermoelektrischen Kühler entwickelt, der die Kühlkapazität und Effizienz für kommende Hochleistungsgeräte verbessert. Das Gerät nutzt Halb-Heusler-Legierungen und ein spezielles Glühverfahren, um eine erhöhte Kühlleistungsdichte und Trägermobilität zu erreichen.
• November 2023 – Das Forschungsteam von Dr. Hyekyoung Choi und Min Ju Yun am Energy Conversion Materials Research Center des Korea Electrotechnology Research Institute (KERI) hat eine Technologie entwickelt, die die Flexibilität und Effizienz eines thermoelektrischen Generators auf den höchsten globalen Standard steigert. Dies wurde durch die Verwendung „mechanischer Metamaterialien“ erreicht, die nicht natürlich vorkommen.