Sản xuất hydro hạt nhân là gì?

Sản xuất hydro hạt nhân được nhiều người coi là phương pháp ưa thích để sản xuất hydro quy mô lớn, nhưng dường như nó đang tiến triển chậm. Vậy sản xuất hydro hạt nhân là gì?

Sản xuất hydro hạt nhân, tức là lò phản ứng hạt nhân kết hợp với quy trình sản xuất hydro tiên tiến, để sản xuất hàng loạt hydro. Sản xuất hydro từ năng lượng hạt nhân có ưu điểm là không có khí nhà kính, sử dụng nước làm nguyên liệu, hiệu suất cao và quy mô lớn nên là giải pháp quan trọng để cung cấp hydro quy mô lớn trong tương lai. Theo ước tính của IAEA, một lò phản ứng nhỏ công suất 250MW có thể sản xuất 50 tấn hydro mỗi ngày bằng phản ứng hạt nhân nhiệt độ cao.

Nguyên lý sản xuất hydro trong năng lượng hạt nhân là sử dụng nhiệt do lò phản ứng hạt nhân tạo ra làm nguồn năng lượng để sản xuất hydro và hiện thực hóa việc sản xuất hydro quy mô lớn và hiệu quả bằng cách chọn công nghệ phù hợp. Và giảm hoặc thậm chí loại bỏ lượng khí thải nhà kính. Sơ đồ sản xuất hydro từ năng lượng hạt nhân được thể hiện trong hình.

Có nhiều cách để chuyển đổi năng lượng hạt nhân thành năng lượng hydro, bao gồm nước làm nguyên liệu thô thông qua điện phân, chu trình nhiệt hóa, sản xuất hydro điện phân bằng hơi nước ở nhiệt độ cao, hydro sunfua làm nguyên liệu thô để sản xuất hydro, khí tự nhiên, than đá, sinh khối làm nguyên liệu thô nhiệt phân hydro sản xuất, v.v. Khi sử dụng nước làm nguyên liệu thô, toàn bộ quá trình sản xuất hydro không tạo ra CO₂, về cơ bản có thể loại bỏ khí thải nhà kính; Sản xuất hydro từ các nguồn khác chỉ làm giảm lượng khí thải carbon. Ngoài ra, việc sử dụng nước điện phân hạt nhân chỉ là sự kết hợp đơn giản giữa sản xuất điện hạt nhân và điện phân truyền thống, vẫn thuộc lĩnh vực sản xuất điện hạt nhân và nhìn chung không được coi là công nghệ sản xuất hydro hạt nhân thực sự. Do đó, chu trình nhiệt hóa với nước làm nguyên liệu thô, sử dụng toàn bộ hoặc một phần nhiệt hạt nhân và điện phân hơi nước ở nhiệt độ cao được coi là thể hiện hướng đi tương lai của công nghệ sản xuất hydro hạt nhân.

Hiện nay, có hai cách chính để sản xuất hydro trong năng lượng hạt nhân: sản xuất hydro bằng nước điện phân và sản xuất hydro nhiệt hóa. Lò phản ứng hạt nhân cung cấp năng lượng điện và năng lượng nhiệt tương ứng cho hai cách sản xuất hydro trên.

Điện phân nước để sản xuất hydro là sử dụng năng lượng hạt nhân để tạo ra điện, sau đó thông qua thiết bị điện phân nước để phân hủy nước thành hydro. Sản xuất hydro bằng nước điện phân là phương pháp sản xuất hydro tương đối trực tiếp, nhưng hiệu suất sản xuất hydro của phương pháp này (55% ~ 60%) thấp, ngay cả khi công nghệ điện phân nước SPE tiên tiến nhất được áp dụng ở Hoa Kỳ, hiệu suất điện phân được tăng lên 90%. Nhưng vì hầu hết các nhà máy điện hạt nhân hiện chỉ chuyển đổi nhiệt thành điện với hiệu suất khoảng 35% nên tổng hiệu suất cuối cùng của việc sản xuất hydro từ điện phân nước trong năng lượng hạt nhân chỉ là 30%.

Sản xuất hydro nhiệt hóa học dựa trên chu trình nhiệt hóa học, kết hợp lò phản ứng hạt nhân với thiết bị sản xuất hydro chu trình nhiệt hóa học, sử dụng nhiệt độ cao do lò phản ứng hạt nhân cung cấp làm nguồn nhiệt, để nước xúc tác phân hủy nhiệt ở 800oC đến 1000oC, để tạo ra hydro và oxy. So với sản xuất hydro nước điện phân, hiệu suất sản xuất hydro nhiệt hóa học cao hơn, tổng hiệu suất dự kiến ​​đạt hơn 50%, chi phí thấp hơn.