Il platino nel mondo
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Currently, according to Nissan, a 70 to 75-kilowatt fuel cell uses approximately 80 to 100 grams of platinum as a catalyst. Platinum catalyst loadings are expected to be halved in the very near future, Marzo 2003.
In merito all’unica reale critica presente nell’ondata di post e commenti contro l’idrogeno e le celle a combustibile:
Il costo del platino nelle fuel cell e la disponibilità del Platino nel mondo
posso citare alcuni dati. Nel 2003, le 2.5 milioni di oncie Troy (1 oncia Troy = 31,1035 grammi) di platino mondiali usate nelle marmitte catalitiche della auto ogni anno equivalgono a circa 5 grammi di platino per auto catalizzata. Il 95% dei metalli preziosi viene recuperato.
Il contenuto di platino nelle fuel cell oscilla attualmente tra 1 e 0.8 gr/kW elettrico.
1 – Lo studio di Eric Carlson della Tiax Platinum availability and economics for PEMFC commercialization, preparato per il DOE propone un modello della domanda mondiale di platino sulla base di proiezioni sulla produzione di auto a fuel cell (Report , Riassunto e Appendice).
Lo studio verte sulla disponibilità del platino come catalizzatore per le celle a combustibile ed include:
- un’analisi della domanda mondiale di platino
- un’analisi della produzione di veicoli
- l’impatto dell’introduzione dei veicoli a fuel cell
- l’impatto dell’introduzione delle fuel cell per la produzione di elettricità
- un’analisi di sensibilità per diversi scenari di domanda di platino per FC, catalizzatori auto tradizionali, gioielleria.
Il platino costa e la parte dell’industria orafa giapponese è attualmente importante, tuttavia, il platino costava quanto l’oro fino a quando per l’incremento della domanda dovuta ai catalizzatori delle auto non ha fatto schizzare il prezzo, oggi a 1300 $/Troy Oz (vedi prezzo on line).
2 – Lo studio del DTC inglese Platinum and hydrogen for fuel cell vehicles (2006) presenta un’attenta analisi dei principali ostacoli all’introduzione delle auto ad idrogeno. I dati sul platino sono:
- le celle per auto (50-90 kW elettrici) usano 2 oncie di platino (= 60 grammi), dati 2000;
- tra il 1994 ed il 1999 il contenuto di platino delle fuel cell si è ridotto di un fattore 10
- l’obiettivo è 0.2 oz per auto; i catalizzatori odierni contengono 0.05 oz di platino e 0.15 oz di palladio;
- è più facile recuperare il platino da una fuel cell che da un catalizzatore auto.
Vedi la sezione Cleaner and Quieter Vehicles and Cleaner Fuels del DTI.
3 – Lo studio Metal stocks and sustainability di R.B. Gordon et al. (in pdf) citato come prova della non-sufficienza del platino nel mondo, ipotizza di convertire i 500 milioni di auto circolanti nel 2000 a fuel cell, contenenti platino per 0.4 g/kW.
La potenza media dei veicoli è 75 kW, della durata di 10 anni e un riciclaggio del 90%, ma solo il 50% per il platino contenuto (in realtà lo studio TIAX ipotizza ~ 95%).
Questo corrisponde a 15 Gg di platino usato, con 1 Gg addizionale ogni anno per mantenere il parco delle fuel cell delle auto, che dato uno stock globale stimato di platino di 29 Gg, durerebbe 15 anni. In realtà lo studio di Råde, stima 37 Gg di platino da estrarre.
4 – Un report della Athur D. Little del 2000 per il DOE dichiarava che per 500.000 veicoli a FC sarebbero necessarie 52 tonnellate metriche di platino. Le riserve stimate di platino nel 1995 erano 5.000 tonnellate metriche e la produzione annuale del 1996 era 73 tonnellate metriche. Il costo, col Pt a 13.5 $/gr. di uno stack da 50 kW prodotto in serie e contenente 180 gr di Pt e 45 di Rutenio è di $ 7.000.
Mentre nell’aggiornamento di Cost Analysis of Fuel Cell System for Transportation del 2004 prodotto da Tiax, uno stack da 80 kW costa 72 $/kW e contiene 120 grammi di metalli preziosi (vedi pag 32).
Parziali Conclusioni
L’idrogeno e le celle a combustibile sono attaccati continuamente sia dalla galassia ambientalista che da esponenti conservatori. La rete pullula di scritti in cui si descrive l’opzione dell’energia idrogeno come una truffa, inefficiente e pericoloso.
Una delle più serie ed autorevoli critiche all’uso del vettore energetico idrogeno è stato scritto da Ulf Bossel, che pur discendendo dallo scopritore dell’effetto cella a combustibile non crede all’uso dell’idrogeno come vettore distributivo dell’energia, perche viziato da troppi passaggi e quindi ineffieciente. Ne ho parlato qui.
In sintesi, Bossel ritiene che la rete elettrica sia veicolo migliore dell’idrogeno per l’elettricità rinnovabile e che le auto ibride “plug-in” possano servire come buffer per lo stoccaggio. Giudico l’ipotesi valida dal punto di vista termodinamico, ma eccessivamente ottimistica sul potenziale sviluppo tecnologico della tecnologia delle batterie Ioni-litio (vedi GreenCarCongress) che muoverebbero le auto.
Dal punto di vista dell’uso dell’idrogeno, le celle a combustibile vengono descritte come una tecnologia cara, inaffidabile e non progredita negli ultimi 30 anni. Non è così.
Alle critiche all’idrogeno ho recentemente risposto (vedi la categoria “idrogeno”), riportando l’inizio del paper 20 miti sull’idrogeno di Amory Lovins.
Per quanto riguarda gli attacchi alle fuel cell questo post vuole smascherare altri falsi miti, di cui il principale è quello del contenuto di platino.
Ricordando che enormi progressi sono stati fatti nei campi della scienza dei materiali, della catalisi e della chimica dei gas, i quali hanno prodotto miglioramenti sostanziali (anche di un fattore 100) per membrane scambiatrici di ioni, elettrodi e catalizzatore, piatti bipolari ecc. portando il costo degli stack a 70 $/kw (vedi Ballard), la questione del platino si riassume così:
con un contenuto di platino irrealistico di 1 gr/kw, una fuel cell da 90 kW, abbastanza potente da muovere un SUV (mentre ritengo FONDAMENTALE realizzare auto leggere da 20-40 kW), si tratta di 90 grammi di platino rappresentanti una spesa di:
90(gr)*1300($/OnciaTroy)/31,10358(OnciaTroy/gr) = 3700$
Questo è un costo per una cella da 90 kW, ad idrogeno, silenziosa ed efficiente e non è comparabile con un motore a scoppio fatto di metallo che brucia idrocarburi, che scaldano il pianeta in senso geopolitico e letterale.
Per una realistica cella da 40 kW (auto da città), contenente 20 grammi a 1000:$/OnciaTroy siamo a 600 $.
Interessante vedere La storia del platino.
AGGIORNAMENTO
The Hydrogen Economy and Peak Platinum, da The Oil Drum:
In 2005, South Africa was the top producer of platinum, accounting for around 80% of world production, followed by Russia and Canada. Significant deposits are also found in Zimbabwe, the United States and, as noted in the introduction, Australia. South Africa has been expanding production rapidly to take advantage of soaring prices – causing some controversy in affected townships.
When discussing rare metals, the subject of peak minerals is usually quick to arise. The idea has been covered at a number of venues in recent years – including The Oil Drum, New Scientist (with some good graphics here and here) and WorldChanging.
The New Scientist article estimated that there are 360 years of platinum reserves available if we continue to extract it at the current rate of production – however this drops to 15 years if predicted growth in demand is taken into account.
One analyst at Resource Investor has predicted that we may have already reached “peak platinum” production, though this seems to be predicated on the belief that production of hybrid and electric vehicles will remove the demand for both fuel cells and catalytic converters in future years, rather than a firm belief in supply constraints.
Another analyst at the UK Department For Transport, looked at the platinum supply situation for fuel cell vehicles and concluded:
The above projections, coupled with the statements from Cawthorn (1999) about accessible platinum reserves in South Africa, suggest that platinum availability should not be a constraint to the introduction of hydrogen fuel cell cars. If South Africa alone can deliver up to 5% per year additional platinum supply between 2000 and 2050, this equates to an additional 13.6 million oz in 2030, 24.8 million oz in 2040 and 42.9 million oz in 2050, which is sufficient to meet demand under any of the scenarios considered.
However there are many important assumptions and uncertainties built into this model. For example, this additional South African platinum supply would be insufficient to meet worldwide platinum demand by 2040 under Scenario 2 (realistic penetration) if any one of the following alternative assumptions is made:
* South African supply can only be increased by 4% per annum instead of 5%.
* Jewellery demand grows at more than 2% per annum – it is currently assumed to remain constant but grew by an average of 6% per annum between 1994 and 2001.
* Fuel cell stacks require more than 0.3 oz of platinum per car in 2040 – it is currently assumed that only 0.2 oz will be required but this is a factor of 10 less than current stack technology.
* The demand for cars grows by more than 55% per decade – it is currently assumed to increase by 45% per decade based on USDOE projections.
The platinum loading for fuel cell stacks is an important factor in determining the commercial viability of fuel cell cars as well as determining potential platinum demand constraints. The price of platinum is not likely to be a constraint to the introduction of fuel cell vehicles if the expected reductions in platinum loadings are achieved. At current platinum prices and the target platinum loading of 0.2 oz per car, the platinum required for a single car would cost about $90 or $1.5/kW, compared to a cost target of $50/kW for the whole fuel cell engine.
