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2026
06
美国企业获450万美元资助,开发量子设计含铱更少的氢催化剂
Haechifuelcell
英美双总部企业Phasecraft从美国能源部(DOE)获得450万美元资金,用于开发量子算法,以发现新型制氢催化剂,从而降低对全球最稀有金属之一——铱的依赖。
该笔资金来自能源部高级能源研究计划署,该机构此前已启动一项计划,旨在利用量子计算推进化学和材料科学问题的解决方案。
在本项目中,Phasecraft将开发量子算法,模拟并发现新型催化剂,此类催化剂有望实现低成本制氢,并减少对铱等关键矿物的依赖,铱目前广泛用于催化过程。
Phasecraft首席量子科学家兼美国分部负责人Steve Flammia表示:“削减工业电解中铱的用量,将实质性地改变氢燃料的经济性,以及更广泛的一类关乎能源安全的催化工艺的经济账。”
铱催化剂被视为质子交换膜(PEM)水电解器(用于生产绿氢)的黄金标准。
与其他金属不同,铱能够耐受驱动析氧反应所需的高腐蚀性酸性环境,而析氧反应正是水裂解制绿氢的关键过程。
然而,铱是地壳中最稀有的自然元素之一,丰度仅为百万分之0.001。其稀缺程度之高,全球年产量仅三吨。
这给PEM电解造成了供应瓶颈,每吉瓦装机容量约需300至400公斤铱。
同时,电子、军事和运输等竞争行业对铱的需求也极为旺盛,导致其价格已突破每盎司6000美元。
由于传统计算机难以模拟原子复杂的量子行为,量子计算有望通过模拟化学反应来设计更高效的新型催化剂,从而推动氢经济发展。
Flammia补充道:“借助硬件自适应算法实现显著的量子加速,有望在数年而非数十年内影响铱的需求格局。”
寻找更优替代材料,有助于缓解铱在实际使用中的若干弊端。在PEM电解槽中将水分解为氧的过程中,具有“高表面能”的不稳定铱原子可能溶解流失,导致催化剂过早失效。
研究还表明,实验室测试往往高估微小铱纳米颗粒的寿命,而实际环境中高温和压力波动会迅速破坏化学键并毒化催化剂,使其劣化速度远快于可控的实验室条件。
本项目收集的数据还将为合成气生产、石油精炼、冶金及其他工业领域提供参考,这些行业的经济效益均依赖催化剂的化学特性。
据该公司称,其算法已较此前量子方法实现了高达4300万倍的效率提升。
该项目将与庄信万丰、哈佛大学和QuEra合作推进。减少铱用量的其他方法也在开发中。荷兰TNO Holst公司已开发出一项名为空间原子层沉积的技术,能够在电解槽上涂覆原子厚度的铱层,从而大幅降低用量。
TNO绿氢集群经理Lennart van der Burg表示:“我们成功开发了一种需铱量减少200倍的方法,目前已达到当前一代电解槽性能的25%至46%。”
与此同时,莱斯大学开发出一种新型催化剂,通过将铱与钌(一种储量约为铱100倍的材料)结合,使纯铱用量减少80%。
铱瓶颈不再是问题?
在今年早些时候gasworld网络研讨会上,西门子能源可持续能源系统全球销售副总裁Manuel Kuehn认为,铱供应瓶颈并非难题。
他表示:“我们认为这不再是个问题。以前我们曾担心过,但近些年观点已发生变化,原因有几个。”
其一,市场增长并未如最初预期那般迅速,因此所需铱的总量少于此前预估。
“其二,我们(以及其他企业)正在推进降低电解槽堆中铱负载量的项目,这意味着每平方厘米所需铱量正随时间下降。”据Kuehn称,公司能在不牺牲性能的前提下实现这一点。
“其三,我们找到了回收电解槽堆并从中回收铱的方法。一旦收回旧堆,我们就能以相当高的回收率获取其中的贵金属。”他解释道。
首批电解槽堆退役后,公司将能将其回收并重新纳入系统。
“所有这些措施综合起来,使得我们目前认为铱供应不会成为PEM行业的重大瓶颈。”
来源: Haechifuelcell
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