电解水制氢遭遇关键材料供应的挑战

  电解水制氢是在直流电下将水分子分解为氢气和氧气，分别在阴、阳极析出。电解水制氢主要有3种技术路线：碱性电解（AWE）、质子交换膜（PEM）电解和固体氧化物（SOEC）电解。

  目前，碱性电解水制氢技术最为成熟、成本最低，更具经济性，已被大规模应用。固体氧化物电解水制氢目前以技术探讨研究为主，尚未实现商业化。PEM电解水制氢技术已实现小规模应用，且适应可再能源发电的波动性，效率较高，发展前途好。

  PEM电解装置相比于碱性电解装置的优势，包括操作更为灵活、输出压力较高、尺寸更小等，但其投资所需成本较高，且常规使用的寿命较短。PEM电解装置使用的材料成本高，因此前期投入高，这是其推广的一大障碍。

  PEM电解装置的双极板使用镀金或镀铂的钛材料，电堆核心也要使用稀有金属。考虑到阳极侧容易氧化，为增强耐用性，还要使用铱这种地球上最稀有的金属。阴极侧常使用铂，不过钽有望成为替代材料。

  电池单元使用的稀有金属占PEM电解系统整体成本的近10%，稀有金属已成为推广PEM电解技术的瓶颈，其原因不是稀有金属成本高，而是因为供应链局限性较大。

  目前，全球铂金属的年产量约为200吨，通过回收汽车和电气设备使用的铂可增加约20%的产量。假设全球所有的铂都用于电解水制氢装置，那么未来10年全球可再部署2000吉瓦的电解装置。假设电解装置的常规使用的寿命为10年，到期后所有退役电解槽使用的铂都能回收再用于电解水制氢，那么到2030年全球可部署4000吉瓦的电解装置。今后几年内有望通过技术创新减少PEM电解装置的铂金属用量，因此铂应该不会成为电解水制氢技术的瓶颈。

  不过，目前电解槽每千瓦装机容量对应铱的用量为1~2.5克，而全球铱的年产能仅为7~7.5吨。按照目前的技术水平，全球铱产能只能支持每年增加10~12吉瓦的PEM电解槽。预计未来10年，铱的产能仅能支持30~75吉瓦的PEM电解装置。

  鉴于此，稀有金属会极度影响PEM电解装置的推广部署和可再次生产的能源制氢的发展。为避免关键材料供应短缺，还要进一步创新以减少稀有材料的使用，并尽可能用价格低的常见材料来替代稀有金属。

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  2023电解槽招标盘点：1.8GW项目 首个方形碱槽采购公示 年末碱性制氢系统均价下降22%

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