未來的主要燃料是什么?

走向零碳未來無疑是21世紀所面臨的最大的能源和環境挑戰。目前，全球每年在這方面的投資高達數億美元，但最近的分析表明，僅僅依靠風力渦輪機和太陽能電池板等現有技術可能不夠。即使不切實際地設想橫貫大陸的超導輸電線路能以100%的效率運行，推動風能和太陽能發電能力大幅提升，我們在風能和太陽能發電量較低的時期仍需面臨頻繁、長時間停電的風險。這些時期的能源短缺數量巨大，幾乎等同于一個大國的能源消耗量。

科學界普遍認為，要真正消除碳氫化合物燃燒產生的碳排放，我們需要大容量能源存儲解決方案。然而，若使用蓄電池來彌補該短缺，高昂的成本令人望而卻步，因為要生產足夠的電池來滿足我們的需求，所需的成本甚至超過全球GDP總和。因此，人們將目光轉向了綠色氫氣，認為它有可能改變能源存儲的游戲規則，甚至成為航空業未來的燃料。傳統電池重量大，無法作為飛機發動機的動力來源，尤其是對于大型飛機而言，會導致實際起飛困難，而且造成飛行隱患。

然而，綠色氫氣也并非十全十美。根據國際能源署的數據，綠色氫氣的生產成本遠遠高于天然氣制氫成本。由于使用甲烷制氫的單位能源成本高于甲烷的單位能源成本，所以人們難免擔心將綠色氫氣作為一種環保能源解決方案是否具有經濟可行性。

尋找鉑金的替代品

降低綠色氫氣生產成本的發展前景廣闊。其中最高效的當屬質子交換膜(PEM)電解槽。這些設備利用太陽能和風能等可再生能源，將水分解為氫氣和氧氣。但問題是，質子交換膜電解槽的能效峰值通常只有75%，且實際性能可能要遠低于此。這種限制主要歸因于陽極催化劑的效率，陽極催化劑在質子交換膜電解過程中起著至關重要的作用，在電解過程中，水會被分解為質子(氫氣)和氧氣。

大多數催化劑的問題在于它們在高氧環境中表現不佳，極易降解。以鉑族金屬為基礎的催化劑以其高抗氧性而著稱，具有更高的穩定性。目前，銥基催化劑(如銥黑和氧化銥)頗受用戶的歡迎。

然而，利用銥來大規模生產綠色氫氣面臨一個主要障礙：銥的稀缺性。銥的年產量不足100千克，是世界上最稀有的金屬之一，因此在普遍的碳中和解決方案中，無法將其用作核心成分。此外銥每盎司成本高達數千美元，更使銥的應用雪上加霜。雖然釕等替代品也有望用作催化劑，但它們在富氧環境中往往溶解過快。

幸運的是，鉑族提供了其他選擇，包括價格更低廉的鈀。用鈦氧化物顆粒負載鈀和銥的催化劑實驗結果顯示，此等做法前景廣闊，有望取得成功。鈀還被用于核殼結構復合催化劑中。

使用鈀具有顯著優勢。它有助于將水快速分解成氫氣，且不會在分解過程中溶解。這一工藝已順利通過理論階段，鈀銥催化劑已經過實驗室驗證，正在模擬工業環境中進行測試。這些發展標志著我們在尋求高效、經濟的綠色氫氣生產方案方面邁出了積極的一步。

鋰危機：切不可重蹈覆轍

與銥相比，鈀除了具有成本效益外，在供應方面也有很大優勢。全球采礦業每年生產數百噸鈀，是銥產量的數千倍。由于銥在綠色氫氣行業中產量有限，成本高昂，所以這一差距至關重要。隨著綠色氫氣產量的增加，預計銥的需求量將大大超過供應量。根據市場動態，這種不平衡預計會導致價格飆升，有可能將綠色氫氣的成本推高到許多人無法承受的水平。

這種情況與最近鋰市場的價格飆升如出一轍。汽車制造商在推動實現凈零排放的過程中，提高電動汽車產量，造成了電動汽車電池所需原材料供應緊張。

由于鉑族金屬在地殼中相對稀缺，所以它們面臨的挑戰可能比鋰更為嚴峻。快速用鈀替代銥可以緩解這一問題，而且業界也正在積極尋求技術解決方案。預計隨著大規模綠色氫氣項目的啟動以及這些項目所帶來的可觀經濟回報，綠色氫氣行業有望迅速加快創新和調整步伐。

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