Die nukleare Wasserstoffproduktion gilt weithin als die bevorzugte Methode für die Wasserstoffproduktion im großen Maßstab, doch sie scheint nur langsame Fortschritte zu machen. Was ist also die nukleare Wasserstoffproduktion?
Nukleare Wasserstoffproduktion, also ein Kernreaktor gekoppelt mit einem fortschrittlichen Wasserstoffproduktionsprozess, zur Massenproduktion von Wasserstoff. Die Wasserstoffproduktion aus Kernenergie hat den Vorteil, dass sie keine Treibhausgase ausstößt, Wasser als Rohstoff verwendet, eine hohe Effizienz aufweist und in großem Maßstab hergestellt werden kann. Daher ist sie eine wichtige Lösung für die Wasserstoffversorgung in großem Maßstab in der Zukunft. Nach Schätzungen der IAEA kann ein kleiner 250-MW-Reaktor durch Hochtemperatur-Kernreaktionen 50 Tonnen Wasserstoff pro Tag produzieren.
Das Prinzip der Wasserstoffproduktion in der Kernenergie besteht darin, die im Kernreaktor erzeugte Wärme als Energiequelle für die Wasserstoffproduktion zu nutzen und durch die Auswahl geeigneter Technologien eine effiziente und großtechnische Wasserstoffproduktion zu realisieren. Und Treibhausgasemissionen reduzieren oder sogar beseitigen. Das schematische Diagramm der Wasserstoffproduktion aus Kernenergie ist in der Abbildung dargestellt.
Es gibt viele Möglichkeiten, Kernenergie in Wasserstoffenergie umzuwandeln, einschließlich Wasser als Rohstoff durch Elektrolyse, thermochemischen Kreislauf, Hochtemperatur-Dampfelektrolyse zur Wasserstofferzeugung, Schwefelwasserstoff als Rohstoff durch Cracken von Wasserstoff, Erdgas, Kohle und Biomasse als Rohstoff durch Pyrolyse von Wasserstoff Produktion usw. Bei der Verwendung von Wasser als Rohstoff entsteht im gesamten Wasserstoffproduktionsprozess kein CO₂, wodurch Treibhausgasemissionen grundsätzlich vermieden werden können; Die Produktion von Wasserstoff aus anderen Quellen reduziert lediglich den CO2-Ausstoß. Darüber hinaus handelt es sich bei der Nutzung von Wasser aus der Kernelektrolyse nur um eine einfache Kombination aus Kernstromerzeugung und traditioneller Elektrolyse, die immer noch zum Bereich der Kernstromerzeugung gehört und im Allgemeinen nicht als echte nukleare Wasserstoffproduktionstechnologie angesehen wird. Daher gelten der thermochemische Kreislauf mit Wasser als Rohstoff, die vollständige oder teilweise Nutzung der Kernwärme und die Hochtemperatur-Dampfelektrolyse als zukünftige Richtung der nuklearen Wasserstoffproduktionstechnologie.
Derzeit gibt es zwei Hauptarten der Wasserstoffproduktion in der Kernenergie: die elektrolytische Wasserwasserstoffproduktion und die thermochemische Wasserstoffproduktion. Kernreaktoren liefern elektrische Energie bzw. Wärmeenergie für die beiden oben genannten Arten der Wasserstoffproduktion.
Bei der Elektrolyse von Wasser zur Herstellung von Wasserstoff wird Kernenergie zur Stromerzeugung genutzt und anschließend Wasser über ein Wasserelektrolysegerät in Wasserstoff zerlegt. Die Wasserstoffproduktion durch elektrolytisches Wasser ist eine relativ direkte Wasserstoffproduktionsmethode, aber die Wasserstoffproduktionseffizienz dieser Methode (55 % bis 60 %) ist gering, selbst wenn in den Vereinigten Staaten die fortschrittlichste SPE-Wasserelektrolysetechnologie, die elektrolytische Effizienz, übernommen wird wird auf 90 % erhöht. Da die meisten Kernkraftwerke Wärme derzeit jedoch nur mit einem Wirkungsgrad von etwa 35 % in Strom umwandeln, beträgt der endgültige Gesamtwirkungsgrad der Wasserstoffproduktion aus der Wasserelektrolyse in der Kernenergie nur 30 %.
Die thermisch-chemische Wasserstoffproduktion basiert auf einem thermisch-chemischen Kreislauf, bei dem ein Kernreaktor mit einer Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff im thermisch-chemischen Kreislauf gekoppelt wird und die vom Kernreaktor bereitgestellte hohe Temperatur als Wärmequelle genutzt wird, sodass Wasser die thermische Zersetzung bei 800 °C katalysiert auf 1000℃, um Wasserstoff und Sauerstoff zu erzeugen. Im Vergleich zur elektrolytischen Wasserwasserstoffproduktion ist die Effizienz der thermochemischen Wasserstoffproduktion höher, die Gesamteffizienz wird voraussichtlich mehr als 50 % erreichen und die Kosten sind niedriger.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 28. Februar 2023