อุปทานและต้นทุนของอิริเดียมจะเป็นอุปสรรคที่ใหญ่ที่สุดต่อการพัฒนาเครื่อง พีอีเอ็ม เครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ หรือไม่?
การแนะนำ
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ไฮโดรเจนถือเป็นตัวพาพลังงานที่มีศักยภาพสำหรับระบบพลังงานหมุนเวียน ซึ่งมีส่วนช่วยให้บรรลุเป้าหมายการปล่อยก๊าซสุทธิเป็นศูนย์ อย่างไรก็ตาม การผลิตไฮโดรเจนแบบดั้งเดิมเกือบทั้งหมดต้องพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิล ในปี 2020 มีการผลิตไฮโดรเจนจากเชื้อเพลิงฟอสซิลประมาณ 90 ล้านตัน ส่งผลให้เกิดการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์เกือบ 900 ล้านตัน
วิธีการผลิตไฮโดรเจนแบบปลอดคาร์บอนคือการผลิตน้ำด้วยไฟฟ้า เมื่อรวมเข้ากับแหล่งพลังงานหมุนเวียน เช่น พลังงานลม พลังงานแสงอาทิตย์ และพลังงานน้ำ ไฮโดรเจนที่ผลิตได้จากเครื่องผลิตไฟฟ้าจะปล่อยก๊าซเรือนกระจกเป็นศูนย์ และไฮโดรเจนที่ผลิตด้วยวิธีนี้เรียกว่า เขียวๆ ไฮโดรเจน.ดิ๊ๆๆๆ เทคโนโลยีหลักสำหรับการผลิตไฮโดรเจนสีเขียวผ่านการผลิตน้ำด้วยไฟฟ้า ได้แก่เครื่องแยกน้ำด้วยเมมเบรนแลกเปลี่ยนโปรตอน (พีเอ็มเว)เครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์น้ำแบบเมมเบรนแลกเปลี่ยนประจุลบ (เอเอมเว) เครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์น้ำอัลคาไลน์ (โอ้โห) และเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ออกไซด์ของแข็ง (รัฐวิสาหกิจ)PEMWEsเป็นจุดสนใจของการวิจัยในปัจจุบัน ในขณะที่ เอเอมเว เป็นตัวแทนของทิศทางในอนาคต (เนื่องจากไม่จำเป็นต้องใช้โลหะมีค่า)
เทคโนโลยี พีเอ็มเว และการใช้งานอิริเดียม
PEMWEsใช้เยื่อแลกเปลี่ยนโปรตอนแบบบาง (พีอีเอ็ม) (70–200 µm) เพื่อขนส่งโปรตอนและแยกขั้วบวกและขั้วลบออกจากกัน บนด้านขั้วลบของที่นั่นสแพลตตินัม (พอยต์) ถูกใช้เพื่อเร่งปฏิกิริยาวิวัฒนาการของไฮโดรเจน (ของเธอ) ซึ่งโดยทั่วไปจะรองรับด้วยคาร์บอน ในด้านขั้วบวก อิริเดียมมักใช้เพื่อเร่งปฏิกิริยาวิวัฒนาการของออกซิเจนช้า (โออีอาร์) อย่างไรก็ตาม อิริเดียมเป็นหนึ่งในธาตุที่หายากที่สุดในโลก (ดูรูปที่ 1) ระหว่างปี 2020 ถึง 2023 ต้นทุนของอิริเดียมเพิ่มขึ้นเกือบสองเท่า (ดูรูปที่ 2) หากถือว่ามีการโหลดอิริเดียม 400 กรัม/เมกะวัตต์ และความหนาแน่นของกระแสไฟฟ้า 2 แอมแปร์/ซม.² ที่ 2 โวลต์ ต้นทุนของอิริเดียมต่อ 1 เมกะวัตต์ที่นั่นเพิ่มขึ้นประมาณ 45,000 เหรียญสหรัฐ ดังนั้น การลดต้นทุนของอิริเดียมอาจช่วยลดต้นทุนโดยรวมของเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ได้อย่างมาก เพื่อแก้ไขปัญหานี้ บทความนี้จะอธิบายเศรษฐศาสตร์พื้นฐานของอิริเดียมก่อน รวมถึงความต้องการและต้นทุน
การคาดการณ์ความต้องการอิริเดียม
ต้องใช้อิริเดียมเท่าไหร่?
เพื่อกำหนดปริมาณอิริเดียมที่ต้องการ จำเป็นต้องประมาณขนาดรวมของอิริเดียมก่อน
ที่นั่นตลาดแล้วคำนวณหาหน่วยความต้องการ (กก. อิร/เอ็มดับบลิว)
ตลาดเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ พีอีเอ็ม จะขยายตัวอีกแค่ไหน?
คาดว่าภายในปี 2567 จะมียอดรวมพีอีเอ็มกำลังการผลิตไฟฟ้าของเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์จะสูงถึงประมาณ 4 กิกะวัตต์ ในปี 2021 กำลังการผลิตพลังงานหมุนเวียนทั่วโลกเพิ่มขึ้นเกือบ 300 กิกะวัตต์ ซึ่งส่วนใหญ่มาจากพลังงานลมและพลังงานแสงอาทิตย์ (ดูรูปที่ 3) คาดว่าแนวโน้มนี้จะดำเนินต่อไปด้วยอัตราการเติบโตต่อปีแบบทบต้น (อัตราเติบโตเฉลี่ยต่อปี) ที่ 8.3% จนถึงปี 2026 ส่งผลให้เพิ่มขึ้นมากกว่า 500 กิกะวัตต์ต่อปีภายในปี 2030
อย่างไรก็ตาม คำถามคือ เราจะใช้พลังงานสีเขียวใหม่นี้ไปเท่าใดพีอีเอ็มการใช้ไฟฟ้าเพื่อผลิตไฮโดรเจนสีเขียว? ตารางที่ 1 รวบรวมข้อมูลดังกล่าวจาก ไออีเอ (2022) ในสามสถานการณ์การปล่อย คาร์บอนไดออกไซด์ ที่แตกต่างกัน: ขั้นตอน (สถานการณ์นโยบายที่กำหนด), เอพีเอส (สถานการณ์คำมั่นสัญญาที่ประกาศ) และ เอ็นซีอี (สถานการณ์การปล่อยก๊าซสุทธิเป็นศูนย์ภายในปี 2050) ไออีเอ คาดการณ์ว่าภายใต้สถานการณ์ เอ็นซีอี จะใช้ไฟฟ้า 11,433 ทวิชั่วโมง เพื่อการผลิตไฮโดรเจนภายในปี 2050 และจะใช้ 879 ทวิชั่วโมง ภายในปี 2030 ภายใต้สถานการณ์ เอพีเอส
ตารางที่ 2 เปรียบเทียบการคาดการณ์เหล่านี้กับการคาดการณ์ของ ไฮโดรเจน สภา และ แมคคินซีย์ (H2C & แม็คเค) ในปี 2021
จากตารางที่ 2 จะสังเกตได้ว่า H2C & แม็คเค (2021) คาดการณ์ว่าจะมีปริมาณไฟฟ้าสีเขียวที่สูงขึ้นสำหรับการผลิตไฮโดรเจนภายในปี 2050 แต่ข้อมูลจากทั้งสองฝ่ายแสดงให้เห็นถึงความเหมาะสมของไฟฟ้าที่ใช้สำหรับการผลิตไฮโดรเจนสีเขียว ดังนั้น คาดว่าจะมีการใช้พลังงานหมุนเวียนประมาณ 4-6% สำหรับการผลิตไฮโดรเจนภายในปี 2030 (สถานการณ์ เอพีเอส)
บทความนี้ประมาณการปริมาณการผลิตไฮโดรเจนและความสามารถของเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ตามที่แสดงในตารางที่ 3 คาดว่าจะมีการเติบโตอย่างรวดเร็วในช่วงปีแรกๆ ก่อนจะค่อยๆ คงตัวตามลำดับ
ภายในปี 2030 อัตราการเติบโตของตลาดสีเขียวที่คาดการณ์ไว้จะต่ำกว่าอัตราการเติบโตในปัจจุบันมากพีอีเอ็มเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ เช่นพีอีเอ็มการแยกด้วยไฟฟ้าได้ส่วนแบ่งทางการตลาดที่สำคัญแล้ว ในระยะยาว การคาดการณ์ในบทความนี้สอดคล้องกับการคาดการณ์ของ ไฮโดรเจน สภา โดยถือว่าพีอีเอ็มเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์จะมีส่วนแบ่งตลาดประมาณ 40% ของตลาดเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ทั้งหมด โดยมีกำลังการผลิตติดตั้งเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์รวมประมาณ 315 กิกะวัตต์ภายในปี 2030พีอีเอ็มความจุของเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์จะถึง 126 จีดับบลิว
ข้อมูลจากตารางที่ 5 มาจาก H2C & แม็คเค (2021), โกลด์แมน ซัคส์ (จีเอส) – คลาร์ก เอต อัล. (2022) และ ปลั๊ก ปัญญา จีเอส (2022) พิจารณาสถานการณ์ที่แตกต่างกันสามสถานการณ์ ได้แก่ ตลาดกระทิง ตลาดฐาน และตลาดหมี
รูปที่ 4 แสดงการฉายภาพเพิ่มเติมพีอีเอ็มกำลังการผลิตเครื่องอิเล็กโทรไลเซอร์ตั้งแต่ปี 2022 ถึงปี 2030 ควบคู่ไปกับการคาดการณ์การเติบโตประจำปีของพลังงานหมุนเวียน การคาดการณ์พลังงานหมุนเวียนใหม่เป็นไปตาม อัตราเติบโตเฉลี่ยต่อปี 8.3% ดังที่กล่าวมาข้างต้น บทความนี้ประมาณการว่าในช่วงแรกจะมีการใช้แหล่งพลังงานสีเขียวใหม่เพียงเล็กน้อยเท่านั้นพีอีเอ็มการแยกด้วยไฟฟ้า แต่สัดส่วนนี้จะเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในอีกไม่กี่ปีข้างหน้า โดยจะไปถึงประมาณ 6-8% ภายในปี 2028-2030 โดยรวมแล้ว แนวโน้มของตัวเลขนี้ดูเหมือนจะสอดคล้องกับส่วนของพลังงานหมุนเวียนตามการคาดการณ์ในตารางที่ 1 และตารางที่ 2
