電解水制氫遭遇關(guān)鍵材料供應(yīng)的挑戰(zhàn)
* 來源 :《中國石化報》環(huán)球周刊 * 發(fā)表時間 : 2022-7-15 10:50:00 * 瀏覽 : 947
電解水制氫是在直流電下將水分子分解為氫氣和氧氣，分別在陰、陽極析出。電解水制氫主要有3種技術(shù)路線：堿性電解（AWE）、質(zhì)子交換膜（PEM）電解和固體氧化物（SOEC）電解。
目前，堿性電解水制氫技術(shù)最為成熟、成本最低，更具經(jīng)濟(jì)性，已被大規(guī)模應(yīng)用。固體氧化物電解水制氫目前以技術(shù)研究為主，尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。PEM電解水制氫技術(shù)已實(shí)現(xiàn)小規(guī)模應(yīng)用，且適應(yīng)可再能源發(fā)電的波動性，效率較高，發(fā)展前景好。
PEM電解裝置相比于堿性電解裝置的優(yōu)勢，包括操作更為靈活、輸出壓力較高、尺寸更小等，但其投資成本較高，且使用壽命較短。PEM電解裝置使用的材料成本高，因此前期投入高，這是其推廣的一大障礙。
PEM電解裝置的雙極板使用鍍金或鍍鉑的鈦材料，電堆核心也要使用稀有金屬?？紤]到陽極側(cè)容易氧化，為增強(qiáng)耐用性，還要使用銥這種地球上最稀有的金屬。陰極側(cè)常使用鉑，不過鉭有望成為替代材料。
電池單元使用的稀有金屬占PEM電解系統(tǒng)整體成本的近10%，稀有金屬已成為推廣PEM電解技術(shù)的瓶頸，其原因不是稀有金屬成本高，而是因為供應(yīng)鏈局限性較大。
目前，全球鉑金屬的年產(chǎn)量約為200噸，通過回收汽車和電氣設(shè)備使用的鉑可增加約20%的產(chǎn)量。假設(shè)全球所有的鉑都用于電解水制氫裝置，那么未來10年全球可再部署2000吉瓦的電解裝置。假設(shè)電解裝置的使用壽命為10年，到期后所有退役電解槽使用的鉑都能回收再用于電解水制氫，那么到2030年全球可部署4000吉瓦的電解裝置。今后幾年內(nèi)有望通過技術(shù)創(chuàng)新減少PEM電解裝置的鉑金屬用量，因此鉑應(yīng)該不會成為電解水制氫技術(shù)的瓶頸。
不過，目前電解槽每千瓦裝機(jī)容量對應(yīng)銥的用量為1~2.5克，而全球銥的年產(chǎn)能僅為7~7.5噸。按照目前的技術(shù)水平，全球銥產(chǎn)能只能支持每年增加10~12吉瓦的PEM電解槽。預(yù)計未來10年，銥的產(chǎn)能僅能支持30~75吉瓦的PEM電解裝置。
鑒于此，稀有金屬會嚴(yán)重影響PEM電解裝置的推廣部署和可再生能源制氫的發(fā)展。為避免關(guān)鍵材料供應(yīng)短缺，還需要進(jìn)一步創(chuàng)新以減少稀有材料的使用，并盡可能用價格低廉的常見材料來替代稀有金屬。