Станут ли поставки и стоимость иридия самым большим препятствием для развития электролизеров с ПЭМ?
Введение
В последние годы водород рассматривался как потенциальный энергоноситель для систем возобновляемой энергетики, способствующий достижению целевых показателей нулевых выбросов. Однако традиционное производство водорода почти полностью зависит от ископаемого топлива. В 2020 году из ископаемого топлива было произведено около 90 миллионов тонн водорода, что привело к выбросам почти 900 миллионов тонн CO2.
Безуглеродный метод производства водорода — электролиз воды. При интеграции с возобновляемыми источниками энергии, такими как ветер, солнце и гидроэнергетика, водород, полученный из электролизеров, имеет нулевые выбросы парниковых газов, а водород, полученный таким образом, называется "зеленыйводород.дддххх Основные технологии производства зеленого водорода посредством электролиза воды включаютЭлектролизеры воды с протонообменной мембраной (ПЕМВЕ), Электролизеры воды с анионообменной мембраной (АЭМВЕ), Электролизеры щелочной воды (ТРЕПЕТ) и Электролизеры на основе твердых оксидов (ГП).ПЕМВЕВ настоящее время они находятся в центре внимания исследований, в то время как АЭМВЕ представляют собой будущее направление (поскольку для них не требуются драгоценные металлы).
Технология ПЕМВЕ и использование иридия
ПЕМВЕиспользовать тонкие протонообменные мембраны (ПЕМ) (70–200 мкм) для транспортировки протонов и разделения анодных и катодных электродов. На катодной сторонеТАМс, платина (Пт) используется для катализа реакции выделения водорода (ЕЕ), обычно поддерживаемой на углероде. На анодной стороне иридий обычно используется для катализа медленной реакции выделения кислорода (ОЭР). Однако иридий является одним из самых редких элементов на Земле (см. Рисунок 1). В период с 2020 по 2023 год стоимость иридия почти удвоилась (см. Рисунок 2). Если предположить, что загрузка иридия составляет 400 г/МВт, а плотность тока — 2 А/см² при 2 В, стоимость иридия на 1 МВтТАМувеличилась примерно на $45 000. Таким образом, снижение стоимости иридия может значительно снизить общую стоимость электролизера. Чтобы решить эту проблему, в этой статье сначала будут рассмотрены основные экономические показатели иридия, включая его спрос и стоимость.
Прогноз спроса на иридий
Сколько иридия нужно?
Чтобы определить необходимое количество иридия, необходимо сначала оценить общий размер
ТАМрынка, а затем рассчитать удельный спрос (кг Ир/МВт).
Насколько расширится рынок электролизеров ПЕМ?
Ожидается, что к 2024 году общее количествоПЕММощность электролизера достигнет около 4 ГВт. В 2021 году глобальная мощность возобновляемой энергии увеличилась почти на 300 ГВт, большая часть из которых пришлась на энергию ветра и солнца (см. Рисунок 3). Ожидается, что эта тенденция сохранится с годовым темпом прироста в 8,3% (CAGR) до 2026 года, что приведет к увеличению более чем на 500 ГВт в год к 2030 году.
Однако вопрос в том, какая часть этой новой зеленой энергии будет использованаПЕМэлектролиз для получения зеленого водорода? Таблица 1 объединяет такие данные от МЭА (2022) в трех различных сценариях выбросов CO2: ШАГИ (сценарий заявленной политики), АПС (сценарий объявленных обязательств) и НЗЕ (сценарий чистых нулевых выбросов к 2050 году). МЭА прогнозирует, что в сценарии НЗЕ к 2050 году для производства водорода будет использовано 11 433 ТВт·ч электроэнергии, а к 2030 году в сценарии АПС — 879 ТВт·ч.
В таблице 2 эти прогнозы сравниваются с прогнозами Совета по водородной энергетике и МакКинси (H2C и МакК) на 2021 год.
Из Таблицы 2 можно заметить, что H2C & МакК (2021) оценивает более высокий объем зеленой электроэнергии для производства водорода к 2050 году, но данные с обеих сторон показывают разумное соответствие по электроэнергии, используемой для производства зеленого водорода. Таким образом, ожидается, что около 4-6% возобновляемой энергии будет использоваться для производства водорода к 2030 году (сценарий АПС).
В данной статье дается оценка производства водорода и мощности электролизера, как показано в таблице 3. Ожидается, что в первые годы будет наблюдаться быстрый рост, за которым последует постепенная стабилизация.
К 2030 году ожидаемый рост зеленого рынка будет намного ниже текущих темпов ростаПЕМэлектролизеры, какПЕМЭлектролиз уже завоевал значительную долю рынка. В долгосрочной перспективе прогноз в этой статье совпадает с прогнозами Совета по водороду, предполагая, чтоПЕМЭлектролизеры составят около 40% от общего рынка электролизеров. С предполагаемой общей установленной мощностью электролизеров в 315 ГВт к 2030 году,ПЕММощность электролизера достигнет 126 ГВт.
Данные из Таблицы 5 взяты из H2C & МакК (2021), Голдман Сакс (ГС) – Кларк эт аль. (2022) и Затыкать Интеллект. ГС (2022) рассматривает три различных сценария: бычий, базовый и медвежий рынок.
На рисунке 4 показаны прогнозируемые дополнительныеПЕМмощности электролизера с 2022 по 2030 год, наряду с прогнозами ежегодного роста возобновляемой энергии. Прогноз для новой возобновляемой энергии следует 8,3% CAGR, упомянутому выше. В статье оценивается, что изначально только небольшая часть нового зеленого энергоснабжения будет использоваться дляПЕМэлектролиз, но эта доля значительно возрастет в ближайшие годы, достигнув около 6-8% к 2028-2030 гг. В целом, тенденция на этом рисунке, по-видимому, соответствует части возобновляемой энергии прогнозов в Таблице 1 и Таблице 2.
