世界の熱電発電機 (TEG) モジュール市場

市場概況

世界の熱電発電機 (TEG) モジュール市場規模は、2023 年に 5 億 6,382万米ドルと評価されています。2032 年までに 13 億 6,913 万米ドルに達すると推定されており、予測期間 (2024 ～ 2032 年) 中に10.36% の CAGRで成長します。世界市場は主に、環境への懸念の高まりにより、エネルギー効率が高く持続可能な技術に対する需要の高まりによって牽引されています。世界中で産業部門が繁栄していることにより、効率的な電源の需要も増加しており、その結果、熱電発電機 (TEG) モジュールの需要が高まっています。さらに、熱電発電機に関する研究開発が増加しており、技術的に高度な発電機の開発につながり、市場拡大の機会が生まれることが期待されています。

熱電発電機 (TEG) モジュールは、熱電現象を利用して熱エネルギーを直接電気エネルギーに変換します。これは、導電性材料に温度勾配がある場合の電圧の発生を説明するゼーベック効果に基づいて動作します。 TEG モジュールは通常、2 つの異なるタイプの半導体または金属で作られた熱電対のアレイで構成されます。熱電対の 2 つの接点間には、一方の側が加熱され、もう一方の側が冷却されると電圧差が生じ、電気が発生します。

熱電発電機 (TEG) モジュールは、工業プロセスの廃熱からの発電、自動車の排気システム、体温やその他の周囲熱源からエネルギーを回収するポータブル電子機器など、さまざまな分野で応用されています。 TEG モジュールには、信頼性、メンテナンスの手間がかからない、可動部品がないなどの利点があり、従来の電源が使用できない遠隔地や過酷な環境に適しています。

ハイライト

• アジア太平洋地域は世界市場における筆頭株主です。

市場動向

世界の熱電発電機（TEG）モジュール市場の推進要因：

エネルギー効率が高く持続可能な技術の採用

気候変動緩和の世界的な傾向は、エネルギー効率が高く持続可能な技術の採用を促進することで市場を牽引しています。各国が温室効果ガスの排出削減に取り組む中、エネルギー効率とクリーンエネルギー源への注目が高まっています。たとえば、2050 年までに実質ゼロ排出シナリオ (NZE シナリオ) は、多くの国が採用している一連のガイドラインです。これは、その日までに CO2 排出実質ゼロを達成するために世界のエネルギー部門が従うべきロードマップを提供します。

さらに、TEG モジュールは廃熱の回収と利用を可能にし、それによって化石燃料への依存を減らし、二酸化炭素排出量を最小限に抑えることで、この状況において重要な役割を果たします。政府、業界、消費者は、気候変動の影響を緩和し、持続可能性の目標を達成するために、TEG テクノロジーのような再生可能エネルギー ソリューションに投資する重要性をますます認識しており、それによって TEG モジュール市場の成長を推進しています。

成長する産業用途

さまざまな産業分野で信頼性の高い電源に対する需要が高まっています。製造、鉱業、石油・ガス、通信などの業界は、業務を維持するために継続的な電力供給に依存しています。化石燃料発電モジュールは、特に送電網へのアクセスが限られている孤立した地域や無電化地域において、電力を供給するための信頼できる方法です。さらに、新興市場における産業活動の拡大により、補助的な発電容量の必要性が高まっています。産業の拡大と近代化に伴い、化石燃料発電モジュールのニーズが高まることが予想され、産業部門の市場拡大を支えています。これにより、世界市場の成長が促進されます。

世界の熱電発電機（TEG）モジュール市場の制約：

低効率

熱電発電機 (TEG) モジュールの効率が低いため、市場での採用が大幅に制限されています。 TEG 技術は熱差を電気に変換しますが、その効率は依然として従来の発電方法よりも低いままです。効率は主に、熱電材料が熱を電気に効率的に変換する能力が限られていることによって制限されます。

材料特性とモジュール設計を強化するための継続的な研究開発努力にもかかわらず、TEG モジュールは通常、効率レベルが低く、これは入熱単位当たりの発電量の減少につながります。この非効率性により、特に高出力を必要とするアプリケーションや厳しい効率基準を要求するアプリケーションにおいて、TEG の経済的実行可能性と競争力が低下します。

世界の熱電発電機 (TEG) モジュール市場の機会:

成長する研究開発

継続的な研究開発の取り組みにより、TEG モジュール技術の進歩が推進され、効率、信頼性、費用対効果が向上します。これらの進歩により、TEG モジュールは自動車から航空宇宙、産業分野に至るまで、さまざまな用途にとってさらに魅力的なものになっています。たとえば、2022 年 1 月、国立再生可能エネルギー研究所は、パイプやその他の高温の表面に巻き付けることで廃熱を効率的に電力に変換できる、新しい多用途の熱電発電機を開発しました。

同様に、2023 年 10 月に、Drs.韓国電気技術研究院 (KERI) の SuDong Park、Byungki Ryu、Jaywan Chung は、熱電効率を測定する新しい方法と、高効率の多段熱電発電モジュールを作成しました。この発見は宇宙探査機に不可欠な核電池の性能を向上させる可能性があり、ドイツ航空宇宙研究所の関心を集めている。このような進歩は、市場成長の機会を生み出すと予想されます。

分析

世界の熱電発電機 (TEG) モジュール市場は、種類、燃料源、エンドユーザーに分かれています。

タイプに基づいて、世界市場はマルチステージ、シングルステージ、サーモサイクラーに分類されます。

マルチステージ熱電発電機 (TEG) モジュールは、熱電効果を利用して熱エネルギーを電気エネルギーに変換するように設計されています。 TEG は通常、電気的には直列に、熱的には並列に接続された複数の熱電素子で構成されます。マルチステージ TEG モジュールは、積層された熱電材料の複数の層で構成され、各層は特定の温度範囲内で動作するように最適化されています。

さらに、TEG の全体的な効率は、特定の温度範囲に合わせて調整された複数のステージを使用することによって高めることができます。これにより、TEG はより広範囲の熱源からエネルギーを利用できるようになり、単段 TEG よりも多用途かつ効率的になります。マルチステージ TEG モジュールは、廃熱回収や熱差からの発電が必要なさまざまな用途で一般的に使用されています。

燃料源に基づいて、世界市場は化石燃料発電機、太陽光源発電機、核燃料発電機に分類されます。

石炭、石油、天然ガス、原油、アスファルトなどの化石燃料は炭素含有量が高く、発電から輸送までさまざまな用途に一般的に使用されています。また、塗料、コーティング、ポリマー、洗剤、化粧品、医薬品などのさまざまな一般製品も製造しています。 IEA によると、2023 年には化石燃料が世界の発電量の 60% 以上を占めました。さらに、化石燃料の消費は、これらの燃料が単一の場所で高い発電量を生み出すことができるという事実によって大きく左右されます。

世界市場はエンドユーザーに基づいて、航空宇宙、輸送、発電などに分かれています。

熱電発電機 (TEG) モジュール市場の航空宇宙部門は、宇宙探査と航空における TEG 技術の使用によって際立っています。 TEG モジュールは、宇宙船の電源システムや航空機エンジンなどの航空宇宙システムからの廃熱を、使用可能な電気エネルギーに変換する実行可能な方法を提供します。この能力により、燃料消費量が減少し、全体的なエネルギー効率が向上し、ミッション時間が延長されます。さらに、航空宇宙産業で使用される TEG モジュールは、高温、振動、放射線曝露などの過酷な環境における信頼性、堅牢性、およびパフォーマンスに関する厳しい仕様の対象となります。

地域分析

アジア太平洋地域が世界市場を支配

世界市場は地域に基づいて、北米、ヨーロッパ、アジア太平洋、ラテンアメリカ、中東、アフリカに分かれています。

アジア太平洋地域は世界の熱電発電機 (TEG) モジュール市場の最も重要な株主であり、予測期間中に大幅に拡大すると予想されています。アジア太平洋地域は、急速な工業化、都市化、クリーン エネルギー ソリューションへの注目の高まりにより、市場関係者にとって有利な機会をもたらしています。中国、日本、韓国などの国々は、自動車産業やエレクトロニクス産業に牽引されて、TEG モジュール採用の最前線に立っています。この地域の各国政府は、将来の燃料消費目標を達成し、温室効果ガス排出量を削減するために、電気自動車の利用を促進するための措置を講じています。たとえば、日本政府は、調整を改善し、自動車業界のスムーズな移行を確保するために、2018 年 8 月に電気自動車戦略を策定しました。同様に、2019 年に、(ハイブリッドおよび) 電気自動車のより迅速な導入と製造の略称である FAME II がインドで開始されたプロジェクトでした。これらの国々では、インセンティブが電気自動車の国内生産の促進を促進し、ひいては市場の成長を促進すると予想されます。

さらに、技術的に進歩した熱電発電機 (TEG) モジュールを設計するための研究開発の取り組みも増加しています。たとえば、2018年12月、大阪大学の研究者らは、高効率で電力を生成するための強力な機械的耐久性を備えた、費用対効果の高い大規模フレキシブル熱電発電機（FlexTEG）モジュールを作成しました。 FlexTEG モジュールは、モジュールの両側の上部電極の向きを変更し、高密度の半導体チップ パッキングを採用することにより、単一方向の柔軟性の向上を実現します。これにより、湾曲した熱源からの熱電変換による廃熱の回収効率が向上し、半導体チップへの機械的ストレスが軽減され、モジュールの機械的信頼性が向上しました。結果として、これらすべての要因がアジア太平洋地域の熱電発電機（TEG）モジュール市場を押し上げています。

北米は大幅なペースで成長すると予想されています。自動車業界の電気自動車およびハイブリッド自動車への移行により、廃熱回収と車両全体の効率向上のための TEG モジュールの採用が促進されています。ミンテルは、電気自動車およびハイブリッド自動車の販売が2023年末までに約40%増加し、2028年までに50億台に達すると予測しています。したがって、この地域のハイブリッド自動車および電気自動車に対する高い需要が市場の成長を牽引しています。さらに、数人の研究者によるこのデバイスの技術進歩により、市場拡大の機会が生まれることが期待されています。

たとえば、2023 年 4 月、ペンシルバニア州立大学の研究者は、温度差を電気に変換できる熱電発電機の効率向上に取り組んでいます。研究チームは、熱電デバイスで傾斜機能材料を製造するための新しい技術を考案しました。これにより、670 ケルビン (華氏約 1206 度) の温度変化が発生したシングルレッグ デバイスの効率は 15.2% となりました。市販されている既存のデバイスは、5% ～ 6% の効率を示しています。

最近の動向

• 2023 年 7 月 - ペンシルバニア州立大学の研究者は、今後の高出力デバイスの冷却能力と効率を向上させる熱電クーラーを開発しました。このデバイスは、ハーフホイスラー合金と独特のアニーリング方法を利用して、冷却出力密度とキャリア移動度の向上を実現します。
• 2023 年 11 月 -韓国電気技術研究院 (KERI) エネルギー変換材料研究センターの Hyekyoung Choi 博士と Min Ju Yun 博士の研究チームは、熱電発電機の柔軟性と効率を最高の世界標準に高める技術を開発しました。これは、自然には存在しない「メカニカルメタマテリアル」を利用することで実現されました。