核水素製造とは何ですか?

核水素製造は、大規模な水素製造に好ましい方法であると広く考えられていますが、その進歩はゆっくりであるようです。では、核水素製造とは何でしょうか?

核水素製造、すなわち、水素の大量生産のための高度な水素製造プロセスと結合した原子炉。原子力エネルギーによる水素製造は、温室効果ガスを使わず、水を原料として、高効率かつ大規模であるという利点があり、将来の大規模な水素供給にとって重要なソリューションです。 IAEAの推定によれば、250MWの小型原子炉は、高温核反応を利用して1日あたり50トンの水素を製造できる。

原子力における水素製造の原理は、原子炉で発生する熱を水素製造のエネルギー源として利用し、適切な技術を選択することで効率的かつ大量の水素製造を実現することです。そして、温室効果ガスの排出を削減、さらには排除します。原子力エネルギーからの水素製造の模式図を図に示します。

原子力エネルギーを水素エネルギーに変換するには、水を原料とした電気分解、熱化学サイクル、高温水蒸気電解による水素製造、硫化水素を原料とした分解水素製造、天然ガス、石炭、バイオマスを原料とした熱分解水素など、さまざまな方法があります。水を原料として使用する場合、水素製造プロセス全体で CO₂ が発生しないため、温室効果ガスの排出を基本的にゼロにすることができます。他の資源から水素を製造しても、炭素排出量が削減されるだけです。また、核電解水の利用は、原子力発電と従来の電気分解を単純に組み合わせたものに過ぎず、依然として原子力発電の分野に属しており、一般に真の核水素製造技術とはみなされていない。したがって、水を原料とする熱化学サイクル、核熱の全部または一部利用、高温水蒸気電気分解が核水素製造技術の将来の方向性を示すものと考えられる。

現在、原子力エネルギーにおける水素製造には主に 2 つの方法があります。電解水による水素製造と熱化学的水素製造です。原子炉は、上記の 2 つの水素製造方法にそれぞれ電気エネルギーと熱エネルギーを供給します。

水の電気分解による水素の製造は、核エネルギーを利用して電気を発生させ、水電解装置によって水を水素に分解します。電解水による水素製造は比較的直接的な水素製造方法ですが、この方法の水素製造効率は低く（55％～60％）、米国の最先端のSPE水電解技術を採用しても電解効率が低い90%まで増加します。しかし、現在、ほとんどの原子力発電所は約 35% の効率で熱を電気に変換するだけであるため、原子力エネルギーにおける水の電気分解による水素製造の最終的な総合効率はわずか 30% にすぎません。

熱化学的水素製造は、熱化学サイクルに基づいており、原子炉から得られる高温を熱源として使用し、原子炉と熱化学サイクル式水素製造装置を結合し、水が800℃で熱分解を触媒します。 1000℃まで加熱すると水素と酸素が発生します。電解水による水素製造と比較して、熱化学的水素製造効率は高く、総合効率は50％以上に達すると予想され、コストはより低くなります。