摘要
质子交换膜（PEM）电解水制氢是绿氢规模化的重要技术路线，但其阳极催化剂高度依赖贵金属铱。中国铱资源几乎完全依赖进口，全球铱供给高度集中于南非，市场担忧铱可能成为PEM电解水产业扩张的“卡脖子”环节。本文首先系统分析铱的资源基本面、PEM电解水对铱的需求逻辑及传统铱负载下的潜在供给缺口，进而重点剖析以山海氢为代表的中国企业在低铱负载和铱回收方面的突破路径。分析表明，铱在传统技术路线下确实构成资源约束，但随着原子级均分散多金属合金氧化物催化剂、嵌入式催化剂等低铱技术的突破，铱负载已从2 mg/cm²大幅降至0.3 mg/cm²，叠加回收体系逐步建立，铱卡点风险已显著弱化。在当前PEM电解水尚未规模化放量的时间窗口内，技术迭代有望在未来数年内基本化解铱的供给约束，铱几乎不会成为PEM电解水制氢不可逾越的绝对卡点。
一、问题提出： 铱的资源稀缺性与中国进口依赖
铱是铂族金属中地壳丰度最低、供应最稀缺的金属之一，其地壳丰度约为0.001 ppm，远低于铂的约0.005 ppm[1]。铱通常作为铂、镍、铜矿的伴生金属产出，几乎没有独立铱矿，这一资源禀赋决定了其供给的高度刚性和集中性。
根据美国地质调查局（USGS）及行业公开数据估计，全球铱资源储量约1000吨（金属量），但年矿山产量仅有7—8吨，属于典型“低产量、低弹性”的小金属品种[2][3]。南非是全球铱供应的绝对主导者，约占全球矿产量的80%—85%，俄罗斯、津巴布韦等国家也有少量产出[3]。由于铱是铂族金属冶炼的副产品，其产量受铂、钯主产品价格和矿山开工率影响较大，供应弹性很低。即使铱价大幅上涨，短期内也难以快速增加铱的独立产量。
中国铂族金属资源整体匮乏，铱资源尤其稀缺，国内几乎没有规模化的铱矿产出，铱基本依赖进口。据业内估计，中国铱年消费量约2—3吨，几乎全部来自进口，主要进口来源包括南非、俄罗斯、日本等[4]。从消费结构看，铱的传统用途涵盖电化学领域（如氯碱工业电解槽阳极涂层）、电子工业（高性能电子元器件、触点材料）、化工催化、高温材料以及医疗等领域[5]。PEM电解水制氢是铱的新兴需求领域，也是未来可能对铱供需格局产生重大影响的方向。正是由于铱的资源稀缺、供给集中以及中国几乎完全依赖进口，市场对铱是否会卡住PEM电解水制氢的“脖子”产生了合理担忧。
图一：全球铱矿产量格局
二、PEM电解水对铱的需求逻辑与传统负载下的卡点风险
PEM电解水在强酸性、高电位环境下运行，阳极析氧反应要求催化剂同时具备高活性和高耐腐蚀性。在目前已商业化的催化剂体系中，铱及其氧化物是少数能够在PEM电解槽阳极侧长期稳定工作的材料，因此铱在PEM电解水阳极催化剂中具有短期不可替代性[6]。
在传统PEM电解水膜电极中，阳极铱负载量通常约为2 mg/cm²[7]。若以电流密度2 A/cm²、电解电压1.8 V进行粗略测算，单位功率铱用量约为0.56 g/kW，也就是说每千瓦PEM电解槽约需要0.5—0.6 g铱。如果2030年全球PEM电解槽新增装机达到20 GW[8]，且仍采用传统2 mg/cm²铱负载，则对应铱需求约为11.2吨，这一数字已经显著超过当前全球铱年产量7—8吨。即使考虑部分铱来自回收，短期内也难以完全满足。因此，在传统技术参数下，铱确实可能成为PEM电解水大规模扩张的硬约束。
图二：不同铱负载下20GW装机铱需求量对比
此外，铱价历史上曾出现剧烈波动。由于全球产量极低、供给集中，任何供应中断或需求超预期增长都可能引发价格飙升[9]。若PEM电解槽放量而低铱技术尚未普及，铱价上涨将直接推高膜电极成本，进而抑制PEM电解水制氢的经济性。因此，铱的资源禀赋决定了其在传统技术路线下难以支撑PEM电解水的大规模扩张，中国作为全球最大的氢能潜在市场之一，若不能有效降低单位铱用量或找到替代方案，将面临被国外垄断铱资源、抬高铱价的风险。
三、山海氢的破局路径一：低铱负载技术——从2 mg/cm²到0.3 mg/cm²的跨越
面对铱资源约束，低铱负载技术是行业公认的核心突破方向。山海氢已实现PEM电解水膜电极铱负载量降至0.3 mg/cm²，较传统2 mg/cm²下降约85%。这一技术突破的关键在于催化剂和膜电极结构的创新，山海氢在催化剂设计中形成了两条重要的技术路径。
第一条路径是普适性室温溶胶凝胶合成策略，制备原子级均分散的多金属合金氧化物，协同催化产氧能力实现突破，催化活性高、稳定性优异。 这一策略通过室温条件实现多金属氧化物的原子级均匀分散，使铱与其他金属在原子尺度上充分协同，最大化单位铱的质量活性，从而在极低铱负载下仍能提供足够的析氧反应活性位点。
第二条路径是基于晶体熟化、界面晶格参数匹配的思想，设计嵌入式催化剂结构，用廉价金属氧化物作为载体，使IrO₂颗粒既高度分散又稳定存在。 这一结构将铱基活性组分嵌入廉价金属氧化物载体中，利用载体与活性组分之间的晶格匹配实现界面稳定，在降低铱用量的同时保证催化剂在强酸性、高电位工况下的长期耐久性。这两类催化剂技术的结合，使山海氢在0.3 mg/cm²的低负载下仍能保持较高的电解效率和耐久性，表明其催化剂和膜电极设计已经达到行业先进水平。
从量化角度看，0.3 mg/cm²对应的单位铱用量约为0.083 g/kW。在同样20 GW新增装机的假设下，铱需求约为1.66吨，这一规模已回到全球铱年产量可承受范围内，显著缓解了资源压力。相比之下，传统2 mg/cm²下的需求约为11.2吨，1 mg/cm²下约为5.6吨，而0.3 mg/cm²则仅为1.66吨，若进一步降至0.1 mg/cm²，需求将低至0.56吨。由此可见，低铱负载技术是决定铱是否成为卡点的核心变量之一。山海氢实现的0.3 mg/cm²已经将铱需求从“显著超过全球年产量”拉回到“全球年产量可覆盖”的区间，是PEM电解水摆脱铱资源硬约束的关键一步。并且，从技术趋势看，铱负载仍有进一步下降的空间，低铱化的方向明确且路径清晰。
图三：五大突围路径进展评估
四、山海氢的破局路径二：铱回收利用——正在合作建立回收工艺
