Що таке ядерне виробництво водню?

Ядерне виробництво водню широко вважається кращим методом для великомасштабного виробництва водню, але, здається, воно повільно прогресує. Отже, що таке ядерне виробництво водню?

Ядерне виробництво водню, тобто ядерний реактор у поєднанні з передовим процесом виробництва водню для масового виробництва водню. Виробництво водню з ядерної енергії має такі переваги, як відсутність парникових газів, вода як сировина, висока ефективність і великі масштаби, тому це важливе рішення для великомасштабного постачання водню в майбутньому. За оцінками МАГАТЕ, невеликий реактор потужністю 250 МВт може виробляти 50 тонн водню на день за допомогою високотемпературних ядерних реакцій.

Принцип виробництва водню в атомній енергетиці полягає у використанні тепла, що виділяється ядерним реактором, як джерела енергії для виробництва водню та реалізації ефективного та масштабного виробництва водню шляхом вибору відповідної технології. А також зменшити або навіть усунути викиди парникових газів. Принципова схема виробництва водню з атомної енергії наведена на малюнку.

Існує багато способів перетворення ядерної енергії на водневу, включаючи воду як сировину за допомогою електролізу, термохімічний цикл, високотемпературний паровий електроліз, виробництво водню, сірководень як сировину, крекінг, виробництво водню, природний газ, вугілля, біомасу як сировину, піроліз водню виробництво тощо. При використанні води як сировини весь процес виробництва водню не виробляє CO₂, що може в основному усунути викиди парникових газів; Виробництво водню з інших джерел лише зменшує викиди вуглецю. Крім того, використання води для ядерного електролізу є лише простим поєднанням виробництва ядерної енергії та традиційного електролізу, який все ще належить до сфери виробництва ядерної енергії та, як правило, не вважається справжньою технологією ядерного виробництва водню. Таким чином, термохімічний цикл із водою як сировиною, повне або часткове використання ядерного тепла та високотемпературний паровий електроліз вважаються майбутнім напрямком технології виробництва ядерного водню.

В даний час існує два основних способи отримання водню в атомній енергетиці: електролітичне отримання водню з води і термохімічне отримання водню. Ядерні реактори забезпечують електричну та теплову енергію відповідно для двох вищезазначених способів виробництва водню.

Електроліз води для отримання водню полягає у використанні ядерної енергії для виробництва електроенергії, а потім через електролітичний пристрій для розкладання води на водень. Виробництво водню електролітичною водою є відносно прямим способом виробництва водню, але ефективність виробництва водню цим методом (55% ~ 60%) низька, навіть якщо в Сполучених Штатах прийнято найдосконалішу технологію електролізу води SPE, електролітична ефективність збільшується до 90%. Але оскільки наразі більшість атомних електростанцій перетворюють тепло в електроенергію лише з ефективністю близько 35%, кінцева загальна ефективність виробництва водню з електролізу води в атомній енергетиці становить лише 30%.

Термохімічне виробництво водню базується на термохімічному циклі, який поєднує ядерний реактор із пристроєм для виробництва водню з термохімічним циклом, використовуючи високу температуру, що забезпечується ядерним реактором, як джерело тепла, так що вода каталізує термічне розкладання при 800 ℃. до 1000 ℃, щоб виробляти водень і кисень. Порівняно з електролітичним виробництвом водню, термохімічне виробництво водню є вищим, загальна ефективність очікується на рівні понад 50%, вартість нижча.