מהו ייצור מימן גרעיני?

ייצור מימן גרעיני נחשב באופן נרחב לשיטה המועדפת לייצור מימן בקנה מידה גדול, אך נראה שהיא מתקדמת לאט. אז מה זה ייצור מימן גרעיני?

ייצור מימן גרעיני, כלומר, כור גרעיני יחד עם תהליך ייצור מימן מתקדם, לייצור המוני של מימן. להפקת מימן מאנרגיה גרעינית יש יתרונות של חוסר גזי חממה, מים כחומר גלם, יעילות גבוהה וקנה מידה גדול, ולכן הוא מהווה פתרון חשוב לאספקת מימן בקנה מידה גדול בעתיד. על פי הערכות סבא"א, כור קטן של 250 מגה-וואט יכול לייצר 50 טון מימן ליום באמצעות תגובות גרעיניות בטמפרטורה גבוהה.

העיקרון של ייצור מימן באנרגיה גרעינית הוא להשתמש בחום שנוצר מהכור הגרעיני כמקור אנרגיה לייצור מימן, ולממש ייצור מימן יעיל ובקנה מידה גדול על ידי בחירת טכנולוגיה מתאימה. ולהפחית או אפילו לחסל את פליטת גזי חממה. התרשים הסכמטי של ייצור מימן מאנרגיה גרעינית מוצג באיור.

ישנן דרכים רבות להמיר אנרגיה גרעינית לאנרגיית מימן, כולל מים כחומר גלם באמצעות אלקטרוליזה, מחזור תרמוכימי, ייצור מימן באלקטרוליזה בטמפרטורה גבוהה, מימן גופרתי כחומר גלם הפקת מימן, גז טבעי, פחם, ביומסה כחומרי גלם פירוליזה מימן ייצור וכו'. כאשר משתמשים במים כחומר גלם, כל תהליך ייצור המימן אינו מייצר CO₂, מה שיכול בעצם לחסל גזי חממה פליטות; הפקת מימן ממקורות אחרים רק מפחיתה את פליטת הפחמן. בנוסף, השימוש במי אלקטרוליזה גרעינית הוא רק שילוב פשוט של ייצור חשמל גרעיני ואלקטרוליזה מסורתית, שעדיין שייכת לתחום ייצור החשמל הגרעיני ובדרך כלל אינה נחשבת כטכנולוגיה אמיתית לייצור מימן גרעיני. לכן, המחזור התרמוכימי עם מים כחומר גלם, שימוש מלא או חלקי בחום גרעיני ואלקטרוליזה בטמפרטורה גבוהה נחשבים כמייצגים את הכיוון העתידי של טכנולוגיית ייצור המימן הגרעיני.

כיום, קיימות שתי דרכים עיקריות לייצור מימן באנרגיה גרעינית: ייצור מימן אלקטרוליטי במים וייצור מימן תרמוכימי. כורים גרעיניים מספקים אנרגיה חשמלית ואנרגיית חום בהתאמה לשתי הדרכים לעיל לייצור מימן.

אלקטרוליזה של מים להפקת מימן היא שימוש באנרגיה גרעינית לייצור חשמל, ולאחר מכן דרך המכשיר האלקטרוליטי של המים כדי לפרק מים למימן. הפקת מימן על ידי מים אלקטרוליטיים היא שיטת ייצור מימן ישירה יחסית, אך יעילות ייצור המימן של שיטה זו (55% ~ 60%) נמוכה, גם אם מאמצת בארה"ב את הטכנולוגיה המתקדמת ביותר לאלקטרוליזה מים SPE, היעילות האלקטרוליטית גדל ל-90%. אך מכיוון שרוב תחנות הכוח הגרעיניות כיום רק ממירות חום לחשמל בסביבות 35% יעילות, היעילות הכוללת הסופית של הפקת מימן מאלקטרוליזה של מים באנרגיה גרעינית היא רק 30%.

ייצור מימן תרמי-כימי מבוסס על מחזור תרמי-כימי, המחבר בין כור גרעיני למכשיר לייצור מימן במחזור תרמי-כימי, תוך שימוש בטמפרטורה הגבוהה שמספק הכור הגרעיני כמקור חום, כך שהמים מזרזים פירוק תרמי ב-800℃ עד 1000 ℃, כדי לייצר מימן וחמצן. בהשוואה לייצור מימן אלקטרוליטי במים, יעילות ייצור המימן התרמו כימי גבוהה יותר, היעילות הכוללת צפויה להגיע ליותר מ-50%, העלות נמוכה יותר.