O que é a produção de hidrogênio nuclear?

A produção de hidrogénio nuclear é amplamente considerada o método preferido para a produção de hidrogénio em grande escala, mas parece estar a progredir lentamente. Então, o que é a produção de hidrogênio nuclear?

Produção de hidrogénio nuclear, isto é, reactor nuclear acoplado a processo avançado de produção de hidrogénio, para produção em massa de hidrogénio. A produção de hidrogénio a partir da energia nuclear tem as vantagens da ausência de gases com efeito de estufa, da água como matéria-prima, da elevada eficiência e da grande escala, pelo que é uma solução importante para o fornecimento de hidrogénio em grande escala no futuro. De acordo com estimativas da AIEA, um pequeno reator de 250 MW pode produzir 50 toneladas de hidrogênio por dia usando reações nucleares de alta temperatura.

O princípio da produção de hidrogénio na energia nuclear é utilizar o calor gerado pelo reator nuclear como fonte de energia para a produção de hidrogénio e realizar uma produção de hidrogénio eficiente e em grande escala, selecionando a tecnologia apropriada. E reduzir ou mesmo eliminar as emissões de gases com efeito de estufa. O diagrama esquemático da produção de hidrogênio a partir da energia nuclear é mostrado na figura.

Há muitas maneiras de converter energia nuclear em energia de hidrogênio, incluindo água como matéria-prima por meio de eletrólise, ciclo termoquímico, produção de hidrogênio por eletrólise a vapor de alta temperatura, sulfeto de hidrogênio como matéria-prima para craqueamento de produção de hidrogênio, gás natural, carvão, biomassa como matéria-prima, pirólise de hidrogênio produção, etc. Ao utilizar a água como matéria-prima, todo o processo de produção de hidrogênio não produz CO₂, o que pode basicamente eliminar as emissões de gases de efeito estufa; A produção de hidrogénio a partir de outras fontes apenas reduz as emissões de carbono. Além disso, o uso de água de eletrólise nuclear é apenas uma simples combinação de geração de energia nuclear e eletrólise tradicional, que ainda pertence ao campo da geração de energia nuclear e geralmente não é considerada uma verdadeira tecnologia de produção de hidrogênio nuclear. Portanto, considera-se que o ciclo termoquímico com água como matéria-prima, o aproveitamento total ou parcial do calor nuclear e a eletrólise a vapor de alta temperatura representam a direção futura da tecnologia de produção de hidrogênio nuclear.

Atualmente, existem duas formas principais de produção de hidrogênio na energia nuclear: produção eletrolítica de hidrogênio em água e produção termoquímica de hidrogênio. Os reatores nucleares fornecem energia elétrica e energia térmica, respectivamente, para as duas formas de produção de hidrogênio acima.

A eletrólise da água para produzir hidrogênio consiste em usar energia nuclear para gerar eletricidade e, em seguida, através do dispositivo eletrolítico da água para decompor a água em hidrogênio. A produção de hidrogênio por água eletrolítica é um método de produção de hidrogênio relativamente direto, mas a eficiência de produção de hidrogênio deste método (55% ~ 60%) é baixa, mesmo que a mais avançada tecnologia de eletrólise de água SPE seja adotada nos Estados Unidos, a eficiência eletrolítica é aumentado para 90%. Mas como a maioria das centrais nucleares actualmente apenas converte calor em electricidade com uma eficiência de cerca de 35%, a eficiência total final da produção de hidrogénio a partir da electrólise da água na energia nuclear é de apenas 30%.

A produção termoquímica de hidrogênio é baseada no ciclo termoquímico, acoplando um reator nuclear a um dispositivo de produção de hidrogênio de ciclo termoquímico, utilizando a alta temperatura fornecida pelo reator nuclear como fonte de calor, de modo que a água catalise a decomposição térmica a 800 ℃ a 1000 ℃, de modo a produzir hidrogênio e oxigênio. Em comparação com a produção de hidrogênio em água eletrolítica, a eficiência da produção de hidrogênio termoquímico é maior, a eficiência total deverá atingir mais de 50%, o custo é menor.