Adakah Bekalan dan Kos Iridium akan menjadi Penghalang Terbesar kepada Pembangunan Elektroliser PEM?
pengenalan
Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, hidrogen telah dianggap sebagai pembawa tenaga berpotensi untuk sistem tenaga boleh diperbaharui, menyumbang kepada mencapai sasaran pelepasan sifar bersih. Walau bagaimanapun, pengeluaran hidrogen tradisional hampir sepenuhnya bergantung kepada bahan api fosil. Pada tahun 2020, kira-kira 90 juta tan hidrogen dihasilkan daripada bahan api fosil, yang membawa kepada hampir 900 juta tan pelepasan CO2.
Kaedah pengeluaran hidrogen bebas karbon ialah elektrolisis air. Apabila disepadukan dengan sumber tenaga boleh diperbaharui seperti angin, suria dan kuasa hidro, hidrogen yang dihasilkan daripada elektrolisis mempunyai pelepasan gas rumah hijau sifar, dan hidrogen yang dihasilkan dengan cara ini dirujuk sebagai hidrogen "hijau." Teknologi utama untuk pengeluaran hidrogen hijau melalui elektrolisis air termasukProton Exchange Membrane Water Electrolyzers (PEMWEs), Anion Exchange Membrane Water Electrolyzers (AEMWEs), Alkali Water Electrolyzers (AWEs), dan Solid Oxide Electrolyzers (SOEs).PEMWEkini menjadi tumpuan penyelidikan, manakala AEMWE mewakili hala tuju masa depan (kerana ia tidak memerlukan logam berharga).
Teknologi PEMWE dan Penggunaan Iridium
PEMWEmenggunakan membran pertukaran proton nipis (PEM) (70–200 µm) untuk mengangkut proton dan memisahkan elektrod anod dan katod. Di bahagian katodADAs, platinum (Pt) digunakan untuk memangkinkan tindak balas evolusi hidrogen (HER), biasanya disokong pada karbon. Di bahagian anod, iridium biasanya digunakan untuk memangkinkan tindak balas evolusi oksigen perlahan (OER). Walau bagaimanapun, iridium adalah salah satu unsur paling jarang di Bumi (lihat Rajah 1). Antara 2020 dan 2023, kos iridium meningkat hampir dua kali ganda (lihat Rajah 2). Dengan mengandaikan beban iridium 400g/MW dan ketumpatan arus 2A/cm² pada 2V, kos iridium setiap 1 MWADAmeningkat kira-kira $45,000. Oleh itu, mengurangkan kos iridium boleh mengurangkan kos keseluruhan elektrolisis dengan ketara. Untuk menangani perkara ini, artikel ini mula-mula akan meneroka ekonomi asas iridium, termasuk permintaan dan kosnya.
Ramalan Permintaan Iridium
Berapa banyak iridium yang diperlukan?
Untuk menentukan jumlah iridium yang diperlukan, adalah penting terlebih dahulu untuk menganggarkan jumlah saiz
ADApasaran dan kemudian mengira permintaan unit (kg Ir/MW).
Berapa banyak pasaran elektrolisis PEM akan berkembang?
Dijangkakan menjelang 2024, jumlahnyaPEMkapasiti elektrolisis akan mencapai kira-kira 4 GW. Pada tahun 2021, kapasiti tenaga boleh diperbaharui global meningkat hampir 300 GW, yang majoritinya datang daripada tenaga angin dan suria (lihat Rajah 3). Trend ini dijangka berterusan dengan kadar pertumbuhan tahunan kompaun (CAGR) 8.3% sehingga 2026, membawa kepada peningkatan lebih 500 GW setiap tahun menjelang 2030.
Persoalannya, bagaimanapun, ialah berapa banyak tenaga hijau baharu ini akan digunakanPEMelektrolisis untuk menghasilkan hidrogen hijau? Jadual 1 menyusun data sedemikian daripada IEA (2022) dalam tiga senario pelepasan CO2 yang berbeza: STEPS (Senario Dasar Dinyatakan), APS (Senario Ikrar Pengumuman) dan NZE (Senario Sifar Bersih menjelang 2050). IEA mengunjurkan bahawa di bawah senario NZE, 11,433 TWj elektrik akan digunakan untuk pengeluaran hidrogen menjelang 2050, dan 879 TWj akan digunakan menjelang 2030 di bawah senario APS.
Jadual 2 membandingkan unjuran ini dengan unjuran dari Majlis Hidrogen dan McKinsey (H2C & McK) pada 2021.
Daripada Jadual 2, boleh diperhatikan bahawa H2C & McK (2021) menganggarkan jumlah elektrik hijau yang lebih tinggi untuk pengeluaran hidrogen menjelang 2050, tetapi data daripada kedua-dua belah pihak menunjukkan padanan yang munasabah untuk elektrik yang digunakan untuk pengeluaran hidrogen hijau. Oleh itu, dijangkakan sekitar 4-6% tenaga boleh diperbaharui akan digunakan untuk pengeluaran hidrogen menjelang 2030 (senario APS).
Artikel ini menganggarkan pengeluaran hidrogen dan kapasiti elektrolisis, seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 3. Pertumbuhan pesat dijangka akan berlaku pada tahun-tahun awal, diikuti dengan penstabilan beransur-ansur.
Menjelang 2030, jangkaan pertumbuhan pasaran hijau akan jauh lebih rendah daripada kadar pertumbuhan semasaPEMelektrolisis, sebagaiPEMelektrolisis telah mendapat bahagian pasaran yang ketara. Dalam jangka panjang, ramalan dalam artikel ini sejajar dengan ramalan Majlis Hidrogen, dengan andaian ituPEMelektrolisis akan menyumbang kira-kira 40% daripada jumlah pasaran elektrolisis. Dengan anggaran jumlah kapasiti terpasang elektrolisis sebanyak 315 GW menjelang 2030,PEMkapasiti elektrolisis akan mencapai 126 GW.
Data daripada Jadual 5 datang daripada H2C & McK (2021), Goldman Sachs (GS) – Clark et al. (2022), dan Perisikan Palam. GS (2022) mempertimbangkan tiga senario berbeza: pasaran lembu, asas dan beruang.
Rajah 4 menunjukkan tambahan yang diunjurkanPEMkapasiti elektrolisis dari 2022 hingga 2030, di samping ramalan untuk pertumbuhan tahunan tenaga boleh diperbaharui. Ramalan untuk tenaga boleh diperbaharui baharu mengikuti CAGR 8.3% yang dinyatakan di atas. Artikel itu menganggarkan bahawa pada mulanya, hanya sebahagian kecil bekalan tenaga hijau baharu akan digunakan untukPEMelektrolisis, tetapi perkadaran ini akan meningkat dengan ketara pada tahun-tahun akan datang, mencapai sekitar 6-8% menjelang 2028-2030. Secara keseluruhannya, trend dalam angka ini nampaknya konsisten dengan bahagian ramalan tenaga boleh diperbaharui dalam Jadual 1 dan Jadual 2.
