ما هو إنتاج الهيدروجين النووي؟

يُعتبر إنتاج الهيدروجين النووي على نطاق واسع الطريقة المُفضلة لإنتاج الهيدروجين على نطاق واسع، ولكنه يبدو أنه يتقدم ببطء. فما هو إنتاج الهيدروجين النووي؟

إنتاج الهيدروجين النووي، أي استخدام المفاعلات النووية المقترنة بعمليات إنتاج الهيدروجين المتقدمة، لإنتاج الهيدروجين بكميات كبيرة. يتميز إنتاج الهيدروجين من الطاقة النووية بمزايا عديدة، منها عدم انبعاث غازات دفيئة، واستخدام الماء كمادة خام، والكفاءة العالية، والإمكانية على نطاق واسع، مما يجعله حلاً هاماً لتوفير الهيدروجين على نطاق واسع في المستقبل. ووفقاً لتقديرات الوكالة الدولية للطاقة الذرية، يمكن لمفاعل صغير بقدرة 250 ميغاواط إنتاج 50 طناً من الهيدروجين يومياً باستخدام تفاعلات نووية ذات درجات حرارة عالية.

يعتمد مبدأ إنتاج الهيدروجين في الطاقة النووية على استخدام الحرارة المتولدة من المفاعل النووي كمصدر للطاقة، وتحقيق إنتاج فعال وواسع النطاق للهيدروجين من خلال اختيار التقنية المناسبة، مما يساهم في خفض انبعاثات غازات الاحتباس الحراري أو حتى القضاء عليها تمامًا. يوضح الشكل التخطيطي عملية إنتاج الهيدروجين من الطاقة النووية.

توجد طرق عديدة لتحويل الطاقة النووية إلى طاقة هيدروجينية، منها استخدام الماء كمادة خام عبر التحليل الكهربائي، والدورة الكيميائية الحرارية، وإنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي للبخار عالي الحرارة، وإنتاج الهيدروجين بتكسير كبريتيد الهيدروجين كمادة خام، وإنتاج الهيدروجين بالتحلل الحراري باستخدام الغاز الطبيعي والفحم والكتلة الحيوية كمواد خام، وغيرها. عند استخدام الماء كمادة خام، لا ينتج عن عملية إنتاج الهيدروجين ثاني أكسيد الكربون، مما يساهم بشكل كبير في الحد من انبعاثات غازات الاحتباس الحراري. أما إنتاج الهيدروجين من مصادر أخرى فيقتصر على خفض انبعاثات الكربون. علاوة على ذلك، يُعد استخدام الماء في التحليل الكهربائي النووي مجرد دمج بسيط بين توليد الطاقة النووية والتحليل الكهربائي التقليدي، وهو ما يزال يندرج ضمن مجال توليد الطاقة النووية، ولا يُعتبر عمومًا تقنية حقيقية لإنتاج الهيدروجين النووي. لذلك، تُعتبر الدورة الكيميائية الحرارية باستخدام الماء كمادة خام، والاستخدام الكامل أو الجزئي للحرارة النووية، والتحليل الكهربائي للبخار عالي الحرارة، من الاتجاهات المستقبلية لتقنية إنتاج الهيدروجين النووي.

توجد حاليًا طريقتان رئيسيتان لإنتاج الهيدروجين في الطاقة النووية: إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي للماء، وإنتاج الهيدروجين بالتحليل الحراري الكيميائي. وتوفر المفاعلات النووية الطاقة الكهربائية والطاقة الحرارية على التوالي لهاتين الطريقتين.

تعتمد عملية التحليل الكهربائي للماء لإنتاج الهيدروجين على استخدام الطاقة النووية لتوليد الكهرباء، ثم تحويل الماء إلى هيدروجين عبر جهاز التحليل الكهربائي. يُعدّ إنتاج الهيدروجين بهذه الطريقة طريقة مباشرة نسبيًا، إلا أن كفاءتها منخفضة (55% إلى 60%). حتى مع استخدام أحدث تقنيات التحليل الكهربائي للماء (SPE) في الولايات المتحدة، ترتفع الكفاءة إلى 90%. ولكن نظرًا لأن معظم محطات الطاقة النووية حاليًا لا تحوّل الحرارة إلى كهرباء إلا بكفاءة تقارب 35%، فإن الكفاءة الإجمالية النهائية لإنتاج الهيدروجين من التحليل الكهربائي للماء في الطاقة النووية لا تتجاوز 30%.

يعتمد إنتاج الهيدروجين بالتحليل الحراري الكيميائي على دورة حرارية كيميائية، حيث يتم ربط مفاعل نووي بجهاز إنتاج الهيدروجين بهذه الدورة. يُستخدم في ذلك الحرارة العالية التي يوفرها المفاعل النووي كمصدر للحرارة، مما يحفز تحلل الماء حراريًا عند درجة حرارة تتراوح بين 800 و1000 درجة مئوية، لإنتاج الهيدروجين والأكسجين. وبالمقارنة مع إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي للماء، فإن إنتاج الهيدروجين بالتحليل الحراري الكيميائي يتميز بكفاءة أعلى، حيث يُتوقع أن تصل الكفاءة الإجمالية إلى أكثر من 50%، مع تكلفة أقل.