L’approvisionnement et le coût de l’iridium seront-ils le principal obstacle au développement des électrolyseurs PEM ?
Introduction
Ces dernières années, l’hydrogène a été considéré comme un vecteur énergétique potentiel pour les systèmes d’énergie renouvelable, contribuant à atteindre les objectifs de zéro émission nette. Cependant, la production traditionnelle d’hydrogène dépend presque entièrement des combustibles fossiles. En 2020, environ 90 millions de tonnes d’hydrogène ont été produites à partir de combustibles fossiles, ce qui a entraîné près de 900 millions de tonnes d’émissions de CO2.
La méthode de production d'hydrogène sans carbone est l'électrolyse de l'eau. Lorsqu'il est intégré à des sources d'énergie renouvelables telles que l'énergie éolienne, solaire et hydraulique, l'hydrogène généré par les électrolyseurs n'a aucune émission de gaz à effet de serre, et l'hydrogène produit de cette manière est appelé hydrogène vert. Les principales technologies de production d'hydrogène vert par électrolyse de l'eau comprennentÉlectrolyseurs d'eau à membrane échangeuse de protons (PEMWE)Électrolyseurs d'eau à membrane échangeuse d'anions (AEMWE), électrolyseurs d'eau alcaline (AWE) et électrolyseurs à oxyde solide (SOE).PEMWEsont actuellement au centre des recherches, tandis que les AEMWE représentent l’orientation future (car ils ne nécessitent pas de métaux précieux).
Technologie PEMWE et utilisation de l'iridium
PEMWEutiliser des membranes échangeuses de protons minces (PEM) (70–200 µm) pour transporter les protons et séparer les électrodes anodique et cathodique. Du côté de la cathodeLÀm, le platine (Pt) est utilisé pour catalyser la réaction d'évolution de l'hydrogène (HER), généralement supportée sur du carbone. Du côté de l'anode, l'iridium est couramment utilisé pour catalyser la réaction d'évolution lente de l'oxygène (OER). Cependant, l'iridium est l'un des éléments les plus rares sur Terre (voir la figure 1). Entre 2020 et 2023, le coût de l'iridium a presque doublé (voir la figure 2). En supposant une charge d'iridium de 400 g/MW et une densité de courant de 2 A/cm² à 2 V, le coût de l'iridium pour 1 MWLÀLe prix de l'iridium a augmenté d'environ 45 000 $. Par conséquent, la réduction du coût de l'iridium pourrait réduire considérablement le coût global de l'électrolyseur. Pour répondre à cette question, cet article explorera d'abord les aspects économiques de base de l'iridium, notamment sa demande et son coût.
Prévisions de la demande d'iridium
Quelle quantité d'iridium est nécessaire ?
Pour déterminer la quantité d'iridium requise, il est essentiel d'estimer d'abord la taille totale de l'
LÀmarché et ensuite calculer la demande unitaire (kg Ir/MW).
Dans quelle mesure le marché des électrolyseurs PEM va-t-il se développer ?
On s’attend à ce que d’ici 2024, le totalPEMLa capacité des électrolyseurs atteindra environ 4 GW. En 2021, la capacité mondiale des énergies renouvelables a augmenté de près de 300 GW, dont la majorité provient de l'énergie éolienne et solaire (voir figure 3). Cette tendance devrait se poursuivre avec un taux de croissance annuel composé (TCAC) de 8,3 % jusqu'en 2026, conduisant à une augmentation de plus de 500 GW par an d'ici 2030.
La question est cependant de savoir quelle quantité de cette nouvelle énergie verte sera utilisée pourPEML'électrolyse pour produire de l'hydrogène vert ? Le tableau 1 compile ces données de l'AIE (2022) dans trois scénarios d'émissions de CO2 différents : STEPS (scénario de politiques déclarées), APS (scénario d'engagements annoncés) et NZE (scénario d'émissions nettes nulles d'ici 2050). L'AIE prévoit que dans le cadre du scénario NZE, 11 433 TWh d'électricité seront utilisés pour la production d'hydrogène d'ici 2050, et 879 TWh seront utilisés d'ici 2030 dans le cadre du scénario APS.
Le tableau 2 compare ces projections avec celles du Hydrogen Council et de McKinsey (H2C & McK) en 2021.
Le tableau 2 montre que H2C & McK (2021) estiment qu'une plus grande quantité d'électricité verte sera utilisée pour la production d'hydrogène d'ici 2050, mais les données des deux côtés montrent une correspondance raisonnable pour l'électricité utilisée pour la production d'hydrogène vert. Par conséquent, on s'attend à ce qu'environ 4 à 6 % d'énergie renouvelable soit utilisée pour la production d'hydrogène d'ici 2030 (scénario APS).
Cet article estime la production d’hydrogène et la capacité d’électrolyseur, comme indiqué dans le tableau 3. On s’attend à une croissance rapide au cours des premières années, suivie d’une stabilisation progressive.
D’ici 2030, la croissance attendue du marché vert sera bien inférieure au taux de croissance actuel.PEMélectrolyseurs, commePEML'électrolyse a déjà gagné une part de marché significative. À long terme, les prévisions de cet article correspondent aux prédictions du Hydrogen Council, en supposant quePEMLes électrolyseurs représenteront environ 40 % du marché total des électrolyseurs. Avec une capacité totale installée d'électrolyseurs estimée à 315 GW d'ici 2030,PEMla capacité de l'électrolyseur atteindra 126 GW.
Les données du tableau 5 proviennent de H2C & McK (2021), Goldman Sachs (GS) – Clark et al. (2022) et Plug Intelligence. GS (2022) envisage trois scénarios différents : marché haussier, marché de base et marché baissier.
La figure 4 montre les dépenses supplémentaires projetéesPEMcapacité des électrolyseurs de 2022 à 2030, ainsi que les prévisions de croissance annuelle des énergies renouvelables. Les prévisions pour les nouvelles énergies renouvelables suivent le TCAC de 8,3 % mentionné ci-dessus. L'article estime qu'initialement, seule une petite partie de la nouvelle offre d'énergie verte sera utilisée pourPEMélectrolyse, mais cette proportion augmentera considérablement dans les années à venir, pour atteindre environ 6 à 8 % d'ici 2028-2030. Dans l'ensemble, la tendance de ce chiffre semble cohérente avec la part des énergies renouvelables des prévisions des tableaux 1 et 2.
