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新的电化学对铂族金属的需求即将到来,对铱稀缺的担忧进一步缓解
时间:2024-04-11 文章来源:
  

约翰内斯堡的一项意义深远的新举措正在进行,以进一步缓解铱的稀缺性,尤其是在短期内,电化学工艺对铂族金属(PGM)的需求正在增加。

这是清洁化学公司Mattiq的消息,该公司旨在使化学品生产脱碳。 总部位于芝加哥的Mattiq致力于为基于PGM的质子交换膜(PEM)电解槽提供低铱材料,该电解槽可产生绿色氢气,这是全球公认的向可持续能源和净零排放的气候关键转型的推动者。

Mattiq产品管理负责人Mike Ashley博士在接受Zoom采访时向《矿业周刊》概述道:当我说低铱时,我们通常谈论的是质量为三分之一或更少的铱。 为了在2025年实现低铱材料的商业化,Mattiq打算在今年第二或第三季度与一家催化剂制造公司建立合作关系。Ashley说:特别是在短期内,我们将看到电化学过程对PGM的需求显著增加。

Mattiq正在开发利用清洁电力的电化学工艺,以使化学品生产脱碳。Ashley说:由于铱在PEM电解槽应用中长期耐用的相同原因,铂、钯、铑等其他PGM也表现出类似的特性,它们是活性和高效的催化剂,而且长期耐用。幸运的是,所有这些材料都比铱便宜,也没有铱那么稀缺。

关于内燃机车催化转化器对PGM需求的软化,他说:我们认为电化学是PGM未来潜在的非常重要的替代需求来源。除了绿色氢气,Mattiq预计将使用电催化工艺以低碳的方式生产更多的化学产品。

该公司认为有吸引力的化学产品包括用于食品和饮料生产的乙酸,尤其是用于尼龙生产的己二酸,以及用于冷却剂和防冻剂的化学品乙二醇。Ashley解释道:这些是当今碳密集型化学品的几个例子,我们可以通过使用清洁能源的电化学过程来帮助脱碳。

Mattiq发现,即使在系统中有少量的PGM,也可以显著提高耐用性。添加少量PGM将始终以一种有意义的方式提高系统的耐用性。我们认为,化学部门将是经济中最难削弱的部门,因为它与化石燃料有着内在的联系,利用化石燃料原料和化石燃料来运行化学过程,我们认为电化学是全球化工公司脱碳战略的一个非常关键的部分。

我们认为,电化学系统是全球主要化工公司实现脱碳目标的一个非常重要的难题。我们认为电化学可以独特地绕过化学加工中一些排放最重的部分。想想高温过程热量、生产高压反应系统的压缩机等,我们可以通过使用电化学过程完全绕过过程的这些部分。Ashley强调:“只要用电力而不是化石燃料燃烧器运行这些系统,化工公司就能在未来几十年实现脱碳目标。


铱是一个大焦点

铱具有高度的耐腐蚀性,是唯一一种已知的能够在苛刻的酸性和氧化条件下长期运行的材料,这就是为什么它是PEM催化剂的关键材料。因为它非常耐用,这种最稀缺的PGM能够将水分解为氢气和氧气。在2023年秋季约六周的时间里,Mattiq100多万种新材料进行了表征,即金属和受控比例的组合,并对其在PEM电解槽中的性能进行了评估。

现在我们一直在做的是验证电解槽中的这些材料,在真实的PEM电解槽设备中进行我们所说的加速应力测试,以验证我们预计哪些材料在现实世界中运行良好。我们一直在与所有主要催化剂制造商合作进行其中一些实验,验证和鉴定这些铱含量显著降低的新材料,并推动它们走向商业化。Ashley说:当我说低铱时,我们通常谈论的是质量的三分之一或更少,所以当我们开始兴奋时,质量的33%或更少。

随着PEM电解槽开始规模化,Mattiq预计并非每个电解槽制造商都能确保生产目标数量的PEM电解池所需的铱体积。粗略计算表明,在全球铱产量预计每年约7.5吨的情况下,制造一吉瓦的PEM电解槽需要约400公斤铱。挑战的出现是因为目前的预测估计,到2030年,每年将部署近10吉瓦的PEM电解槽。

此外,铱还需要用于其他电化学工艺,包括电镀和电积、高性能火花塞、用于在高温下使半导体再结晶的坩埚以及用于在氯碱工艺中生产氯的电极。由于其他应用对铱的需求仍然存在,所有供应链限制都需要解决。

这是在联合国的绿色氢弹倡议承诺到2026年获得担保融资,并在2027年有针对性地调试45吉瓦的电解槽活动之际发生的。具有铱阳极和铂阴极的PEM电解槽是使用可再生能源合成零碳氢燃料的领先技术。它们为重工业部门的脱碳提供了解决方案,并将在净零经济中占最终能源使用总量的25%。由于PEM电解技术能够最好地应对可再生能源的波动,因此对其有很大的依赖性。

此外,铂、铱以及现在的钌在将水分解为氢气和氧气方面发挥电催化作用,PGM也被用作催化剂,将氨裂解为氮气和氢气,并将二氧化碳转化为甲醇或其他氢载体分子。高度成功的节约成就以及特别是德国的Heraeus贵金属公司添加的钌也满足了具有足够的铱以适应和伴随PEM电解生长的基本需求。节俭不仅减少了对铱的依赖,还降低了材料成本。钌(也是一种PGM)的初级生产量是铱初级生产量的3.5倍。虽然一些人正在寻求完全替代PGM,但Heraeus新的业务发展执行副总裁、化学家Philipp Walter博士认为,能够有效地替代PGM是极不可能的。

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