氢能百问之--碱性电解水制氢设备知识分享四:铂金产能能否支撑PEM电解水制氢设备使用

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氢能百问之--碱性电解水制氢设备知识分享四:铂金产能能否支撑PEM电解水制氢设备使用


个人观点分享

铂金产能能否支撑PEM电解水制氢设备使用?

按照目前新增可再生能源以及需要搭配的PEM设备来说,暂时没有瓶颈,但价格方面不可控。

以下为正文:

地球上铂矿的储量是一定的,每年的铂金产量也有一定的数值,而PEM电解水设备对铂金的需求量是很大的(铂金可否被其他金属取代,可能性很小),铂金的产量能不能支撑PEM电解水制氢设备的不断增长?

一、铂金储量和产量有多少?

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1、铂金的储量:

相比黄金16.3万吨和白银57万吨的储量,铂金的储量要稀少很多,假如将所有的铂金开采出来,分给全世界的每一个人的话,没人只能分到2克左右,也就是2-3根头发丝的重量。

现在,虽然有60多个国家都发现并开采铂矿,但是铂金的储量大部分都几种在南非和俄罗斯两地,而且两个国家的铂金矿藏也高度集中在极少数的地区。

其中,南非(阿扎尼亚)的铂金储量约为1.2万吨,南非的德兰士瓦铂矿床是世界上最大的铂矿床。俄罗斯的铂金储量为1866万吨,前苏联时期,在乌拉尔沙铂矿中曾发现过重达8-9公斤的自然铂,在原生矿中也获得过重427.5克的自然铂。

两地的铂金总储量占到了世界总储量的98%。除此之外,加拿大、美国、津巴布韦和哥伦比亚等国家也有铂金矿藏,但储量较小。

此外,我国也拥有少量的铂金储量,总储量在300多吨左右,矿藏主要集中在甘肃金川的白家嘴、四川杨柳坪和云南弥渡的金宝山三地,其中,甘肃金川白家嘴的铂金储量占我国总储量的90%

2、铂金的产量:

世界铂金的年产量仅为90吨左右,年产量仅为黄金的5%,其中,南非的铂金产量占全球总产量的80%以上,其余大部分是俄罗斯出产的。

我国铂金年产量仅为4吨左右,根本不能满足国内对铂金的需求,所以只能依靠进口。

铂金不仅在储量和产量上稀少,而且铂金的熔点高,提炼铂金比黄金更为困难,能源消耗更多,如此弥足珍贵的铂金自然在价格上要高出黄金的价格,但是铂金首饰依然受到了消费的大力追捧,因为铂金是坚定、永恒的爱情象征,这样美好寓意是无法用金钱来衡量的。

3、铂金的应用

2010年售出的245吨铂当中,113吨(46%)用于汽车催化转换器,76吨(31%)用于首饰,其余35.5吨的应用包括投资、电极、抗癌药物、氧传感器、火花塞和涡轮引擎等。

1)催化剂

铂的最大用途是做化学反应的催化剂,这种催化剂通常是铂黑19世纪早期,化学家开始用铂粉末对氢的点燃反应进行催化。铂目前最大应用于汽车的催化转换器,使废气中低浓度未燃烧的碳氢化合物能够完全燃烧,产生二氧化碳和水汽。在石油业中,铂可以用来催化若干个不同的反应,特别是将石脑油催化重整为更高辛烷值的汽油。二氧化铂(或称亚当斯催化剂)是氢化反应的催化剂,特别用于生产植物油。铂金属可以很好地催化过氧化氢分解为水和氧气的反应。

2)度量衡标准

18891960年间,米的定义以一件特制的铂铱合金9010)棒之长度为标准,这根棒称为国际米原器1799年的原器则是用铂所制。国际公斤原器是用1879年的同批铂铱合金制成的圆柱体,至今仍然是公斤的标准砝码。

3)标准氢电极用铂制电极,同样因为铂的抗腐蚀性很高。

4)贵金属

铂是贵金属贸易商品。铂锭的ISO货币代码为“XPT”。铂币、铂条和铂锭可以作交易或收藏。由于铂不易受侵蚀,且外表闪亮,所以也被用作首饰,通常用90%95%合金。有关珠宝交易的出版物一般建议珠宝商在铂的表面刮出些划痕。

在制表业中,不少公司会用铂来制限量版钟表系列。铂既不会失去光泽,又不会刮损(相比金而言),非常适宜作钟表材料。

和其他工业用贸易商品一样,铂价的波动比金更高。2008年,铂价从每金衡盎司2252美元降至774美元,市值降低近三分之二。相比同时期,金价从每盎司1000美元左右跌至700美元左右,市值降低仅三分之一。

在持续稳定增长的经济内,铂价往往是金价的双倍;而在不稳定时期,由于工业需求降低,铂价一般跌至金价的水平以下。在经济滞缓时,金价更加稳定,因为其需求量并不受工业用途的推动。18世纪,法国的路易十五鉴于铂之稀有,宣告铂是唯一配得上国王的金属。

5)其他用途

在实验室当中,铂金属丝可用作电极。热重分析会用铂制的盘和支架,因为在高温下(约1000℃)它必须严格地保持化学惰性。铂是各种金属器具的合金添加剂,如金属细丝、抗腐蚀实验容器、医疗器材、假牙、电触头和热电偶等。铂钴合金、铁铂合金可以制成强力的永久磁体,同时也是硬盘碟片中纪录层的主要材料。船只、管道和钢铁码头都有用到含铂的阳极。

6)尊贵的象征

铂极为稀有,常被认为是尊贵的象征。信用卡、签账卡及某些会员卡的白金卡服务水平一般比金卡更高。对于唱片来说,白金奖是第二高的荣誉,位于钻石以下,金、银、铜之上。例如在美国,销售超过一百万张的唱片会被称为白金唱片,而销售超过一千万张的唱片则会被称为钻石唱片。其他商品如果表面呈银白色,也会被称为白金。伊丽莎白王后冠是为乔治六世的加冕而特制,其框架就是以铂作为材料。它是首个用到铂金属的英国皇冠。

二、铂金在电解水制氢设备中的应用分析

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1、每台电解槽需要多少铂金的消耗?

1MWPEM电解水制氢设备目前消耗的铂金为1Kg左右,这里考虑到技术进步会导致铂金载量的减少,从现有的2-3mg/cm²到1甚至是0.5左右,取值0.5Kg/MWPEM制氢设备。

2、铂金产量可以支撑多少的PEM电解槽的生产?

根据文章《PEM电解槽关键材料的现状及展望Status and perspectives of key materials for PEM electrolyzer》内容所述:
据估计,1TW储能(TWH2)将消耗铂金年产量的30%
1TW归结到电解水制氢设备上来说就是1TW=1000GW=1000000MW,按照目前每个PEM电解槽2MW的水平来看,也就是1000000/2=50万台2MW400Nm³/h)的设备,如果放眼以后。PEM设备的容量增加到5MW1000Nm³/h),那就是1000000/5=20万台5MW的设备。
但就目前电解水制氢设备的铂金单台用量来说,和这个数据仿佛不一样
90吨的30%30吨,可用于30000/0.5=600001MWPEM电解水制氢设备,也就是说,如果市场上30%的年铂金生产量用于电解水制氢,那每年可以支撑60GWPEM电解水制氢设备的生产。

三、PEM设备主要的应用市场在可再生能源的波动性的适应上

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1、光伏新增装机

国际能源署(IEA)发布2021年全球光伏报告,报告显示:2021年全球光伏市场再次强势增长,2021年装机175GW+,累计装机容量达942GW+

2、风电新增装机

2021年全球风电行业装机容量、装机分布及未来趋势情况分析:全球新增风电装机93.6GW,累计装机量达837GW。据全球风能理事会预测,未来五年(2022-2026)全球风电新增557GW,复合年均增长率为6.6%2026年全球风电新增装机容量128.8GW。其中,陆上风电新增装机97.4GW,海上风电新增装机31.4GW

3、新增可再生能源和PEM设备的关系

按照目前全球每年新增的可再生能源在300GW左右的量来看,PEM如果不做为可再生能源制氢的主体设备(用碱性),那在短期内是可以支撑很长一段时间的PEM设备的,不会出现因为原材料的短缺而导致PEM设备没法支撑可再生能源的情况。
但不排除因为铂金应用场景的扩展而引起铂金价格的上涨而导致PEM设备的降本空间被进一步压制的情况出现。
个人估计,未来可再生能源制氢领域PEM设备的搭配量在整个电解水制氢规模的10-20%左右。
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文 |力阳
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原文始发于微信公众号(水电解):氢能百问之--碱性电解水制氢设备知识分享四:铂金产能能否支撑PEM电解水制氢设备使用

根据《中国氢能源及燃料电池产业白皮书(2020)》预测,2030年中国氢气需求量达3715万吨,2050年达9690万吨。有分析认为,电解水制氢将逐步作为中国氢能供应的主体,在氢能供给结构的占比将在2040、2050年分别达到45%、70%。 因此,在“双碳”背景下,电解水制氢项目成为了市场关注的热点话题。为促进行业信息流通,艾邦建有制氢产业交流群,聚焦氢气生产、碱水/PEM电解槽(隔膜、极板、催化剂、极框、密封垫片等)、PPS、质子交换膜、钛金属、镍网等产业链上下游,设备,材料,配件等配套资源,欢迎大家加入

作者 808, ab