PEM Elektrolizörlerinin Geliştirilmesinin Önündeki En Büyük Engel İridyum Arzı ve Maliyeti mi Olacak?
giriiş
Son yıllarda hidrojen, yenilenebilir enerji sistemleri için potansiyel bir enerji taşıyıcısı olarak kabul edildi ve net sıfır emisyon hedeflerine ulaşılmasına katkıda bulundu. Ancak geleneksel hidrojen üretimi neredeyse tamamen fosil yakıtlara bağımlıdır. 2020'de fosil yakıtlardan yaklaşık 90 milyon ton hidrojen üretildi ve bu da yaklaşık 900 milyon ton CO2 emisyonuna yol açtı.
Karbon içermeyen hidrojen üretim yöntemi su elektrolizidir. Rüzgar, güneş ve hidroelektrik gibi yenilenebilir enerji kaynaklarıyla entegre edildiğinde, elektrolizörlerden üretilen hidrojen sıfır sera gazı emisyonuna sahiptir ve bu şekilde üretilen hidrojene "yeşil hidrojen denir. Su elektrolizi yoluyla yeşil hidrojen üretimi için başlıca teknolojiler şunlardır:Proton Değişim Membranlı Su Elektrolizörleri (PEMWE'ler), Anyon Değişim Membranlı Su Elektrolizörleri (AEMWE'ler), Alkali Su Elektrolizörleri (AWE'ler) ve Katı Oksit Elektrolizörleri (SOE'ler).PEMWE'lerşu anda araştırmanın odağında yer alırken, AEMWE'ler gelecekteki yönelimi temsil etmektedir (çünkü değerli metallere ihtiyaç duymamaktadırlar).
PEMWE Teknolojisi ve İridyum Kullanımı
PEMWE'lerince proton değişim zarlarını kullanın (PEM) (70–200 µm) protonları taşımak ve anot ve katot elektrotlarını ayırmak için. Katot tarafındaORADAS, platin (Pt) genellikle karbon üzerinde desteklenen hidrojen evrim reaksiyonunu (HER) katalize etmek için kullanılır. Anot tarafında, iridyum genellikle yavaş oksijen evrim reaksiyonunu (OER) katalize etmek için kullanılır. Ancak iridyum Dünya'daki en nadir elementlerden biridir (bkz. Şekil 1). 2020 ile 2023 arasında iridyumun maliyeti neredeyse iki katına çıktı (bkz. Şekil 2). 400g/MW'lık bir iridyum yüklemesi ve 2V'da 2A/cm²'lik bir akım yoğunluğu varsayıldığında, 1 MW başına iridyum maliyetiORADAyaklaşık 45.000 $ arttı. Bu nedenle, iridyumun maliyetini düşürmek elektrolizörün genel maliyetini önemli ölçüde düşürebilir. Bunu ele almak için, bu makale öncelikle talebi ve maliyeti de dahil olmak üzere iridyumun temel ekonomisini inceleyecektir.
İridyum Talep Tahmini
Ne kadar iridyum gerekir?
Gerekli iridyum miktarını belirlemek için öncelikle toplam iridyum boyutunu tahmin etmek önemlidir.
ORADApazara gidin ve ardından birim talebi (kg Ir/MW) hesaplayın.
PEM elektrolizör pazarı ne kadar büyüyecek?
2024 yılına kadar toplamınPEMelektrolizör kapasitesi yaklaşık 4 GW'a ulaşacak. 2021'de küresel yenilenebilir enerji kapasitesi yaklaşık 300 GW arttı, bunun çoğunluğu rüzgar ve güneş enerjisinden geldi (bkz. Şekil 3). Bu eğilimin 2026'ya kadar %8,3 bileşik yıllık büyüme oranıyla (CAGR) devam etmesi ve 2030'a kadar yıllık 500 GW'ın üzerinde bir artışa yol açması bekleniyor.
Ancak soru şu ki, bu yeni yeşil enerjinin ne kadarı şu amaçlar için kullanılacak?PEMelektroliz yeşil hidrojen üretmek için mi? Tablo 1, IEA'dan (2022) bu verileri üç farklı CO2 emisyon senaryosunda derler: STEPS (Belirtilen Politikalar Senaryosu), APS (Duyurulan Taahhütler Senaryosu) ve NZE (2050'ye Kadar Net Sıfır Emisyon Senaryosu). IEA, NZE senaryosu altında 2050 yılına kadar 11.433 TWh elektriğin hidrojen üretimi için kullanılacağını ve APS senaryosu altında 2030 yılına kadar 879 TWh elektriğin kullanılacağını öngörüyor.
Tablo 2'de bu projeksiyonlar 2021'de Hidrojen Konseyi ve McKinsey'in (H2C ve McK) projeksiyonlarıyla karşılaştırılıyor.
Tablo 2'den, H2C ve McK'nin (2021) 2050 yılına kadar hidrojen üretimi için daha yüksek miktarda yeşil elektrik tahmin ettiği görülebilir, ancak her iki taraftan gelen veriler yeşil hidrojen üretimi için kullanılan elektrik için makul bir eşleşme göstermektedir. Bu nedenle, yenilenebilir enerjinin yaklaşık %4-6'sının 2030 yılına kadar hidrojen üretimi için kullanılması beklenmektedir (APS senaryosu).
Bu makalede, Tablo 3'te gösterildiği gibi hidrojen üretimi ve elektrolizör kapasitesi tahmin edilmektedir. İlk yıllarda hızlı bir büyümenin gerçekleşmesi ve ardından kademeli bir stabilizasyon beklenilmektedir.
2030 yılına kadar yeşil pazarın beklenen büyümesi, mevcut büyüme oranından çok daha düşük olacaktır.PEMelektrolizörler,PEMelektroliz zaten önemli bir pazar payı elde etti. Uzun vadede, bu makaledeki tahmin, Hidrojen Konseyi'nin tahminleriyle örtüşüyor, varsayımıylaPEMelektrolizörler toplam elektrolizör pazarının yaklaşık %40'ını oluşturacaktır. 2030 yılına kadar tahmini toplam elektrolizör kurulu kapasitesi 315 GW'dir.PEMelektrolizör kapasitesi 126 GW'a ulaşacak.
Tablo 5'teki veriler H2C & McK (2021), Goldman Sachs (GS) – Clark ve diğerleri (2022) ve Plug Intelligence'dan gelmektedir. GS (2022) üç farklı senaryoyu ele almaktadır: boğa, taban ve ayı piyasası.
Şekil 4, tahmini ek miktarı göstermektedirPEM2022'den 2030'a kadar elektrolizör kapasitesi, yenilenebilir enerjinin yıllık büyümesine ilişkin tahminlerle birlikte. Yeni yenilenebilir enerji için tahmin, yukarıda belirtilen %8,3'lük bileşik yıllık büyüme oranını takip ediyor. Makale, başlangıçta yeni yeşil enerji arzının yalnızca küçük bir kısmınınPEMelektroliz, ancak bu oran önümüzdeki yıllarda önemli ölçüde artacak ve 2028-2030'a kadar yaklaşık %6-8'e ulaşacaktır. Genel olarak, bu rakamdaki eğilim Tablo 1 ve Tablo 2'deki tahminlerin yenilenebilir enerji kısmıyla tutarlı görünmektedir.
