يُعتبر إنتاج الهيدروجين النووي على نطاق واسع الطريقة المُفضّلة لإنتاج الهيدروجين على نطاق واسع، إلا أنه يبدو أنه يتقدم ببطء. إذًا، ما هو إنتاج الهيدروجين النووي؟
إنتاج الهيدروجين النووي، أي استخدام مفاعل نووي مع عملية إنتاج هيدروجين متطورة، لإنتاج كميات كبيرة منه. يتميز إنتاج الهيدروجين من الطاقة النووية بمزايا عدم انبعاث غازات الدفيئة، واستخدام الماء كمادة خام، وكفاءته العالية، ونطاقه الواسع، مما يجعله حلاً هاماً لتوفير الهيدروجين بكميات كبيرة في المستقبل. ووفقاً لتقديرات الوكالة الدولية للطاقة الذرية، يمكن لمفاعل صغير بقدرة 250 ميغاواط إنتاج 50 طناً من الهيدروجين يومياً باستخدام تفاعلات نووية عالية الحرارة.
يقوم مبدأ إنتاج الهيدروجين في الطاقة النووية على استخدام الحرارة المتولدة من المفاعل النووي كمصدر للطاقة، وتحقيق إنتاج فعال وواسع النطاق للهيدروجين باختيار التكنولوجيا المناسبة، وتقليل انبعاثات غازات الاحتباس الحراري أو القضاء عليها تمامًا. يوضح الشكل الرسم التخطيطي لإنتاج الهيدروجين من الطاقة النووية.
هناك العديد من الطرق لتحويل الطاقة النووية إلى طاقة هيدروجينية، بما في ذلك الماء كمادة خام من خلال التحليل الكهربائي، والدورة الكيميائية الحرارية، وإنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي بالبخار عالي الحرارة، وكبريتيد الهيدروجين كمادة خام لإنتاج الهيدروجين المتشقق، والغاز الطبيعي والفحم والكتلة الحيوية كمواد خام لإنتاج الهيدروجين بالتحليل الحراري، إلخ. عند استخدام الماء كمادة خام، لا تنتج عملية إنتاج الهيدروجين بأكملها ثاني أكسيد الكربون، مما يمكن أن يقضي بشكل أساسي على انبعاثات غازات الاحتباس الحراري؛ إن إنتاج الهيدروجين من مصادر أخرى يقلل فقط من انبعاثات الكربون. بالإضافة إلى ذلك، فإن استخدام ماء التحليل الكهربائي النووي هو مجرد مزيج بسيط من توليد الطاقة النووية والتحليل الكهربائي التقليدي، والذي لا يزال ينتمي إلى مجال توليد الطاقة النووية ولا يُعتبر عمومًا تقنية حقيقية لإنتاج الهيدروجين النووي. لذلك، فإن الدورة الكيميائية الحرارية مع الماء كمادة خام، والاستخدام الكامل أو الجزئي للحرارة النووية والتحليل الكهربائي بالبخار عالي الحرارة تعتبر تمثل الاتجاه المستقبلي لتكنولوجيا إنتاج الهيدروجين النووي.
حاليًا، هناك طريقتان رئيسيتان لإنتاج الهيدروجين في الطاقة النووية: إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي المائي، وإنتاج الهيدروجين بالتحليل الحراري الكيميائي. تُوفر المفاعلات النووية الطاقة الكهربائية والطاقة الحرارية على التوالي لكلا الطريقتين.
التحليل الكهربائي للماء لإنتاج الهيدروجين هو استخدام الطاقة النووية لتوليد الكهرباء، ثم تحليله إلى هيدروجين باستخدام جهاز التحليل الكهربائي للماء. يُعد إنتاج الهيدروجين بالتحليل الكهربائي للماء طريقةً مباشرة نسبيًا، إلا أن كفاءة إنتاجه (55% إلى 60%) منخفضة. حتى مع اعتماد أحدث تقنيات التحليل الكهربائي للماء بتقنية SPE في الولايات المتحدة، ترتفع الكفاءة الكهربائية إلى 90%. ولكن بما أن معظم محطات الطاقة النووية حاليًا تُحوّل الحرارة إلى كهرباء بكفاءة تبلغ حوالي 35% فقط، فإن الكفاءة الكلية النهائية لإنتاج الهيدروجين من التحليل الكهربائي للماء في الطاقة النووية لا تتجاوز 30%.
يعتمد إنتاج الهيدروجين الكيميائي الحراري على الدورة الكيميائية الحرارية، حيث يجمع بين مفاعل نووي وجهاز إنتاج هيدروجين يعمل بهذه الدورة، باستخدام درجة الحرارة العالية التي يوفرها المفاعل النووي كمصدر للحرارة، مما يُحفز التحلل الحراري للماء عند درجة حرارة تتراوح بين 800 و1000 درجة مئوية، لإنتاج الهيدروجين والأكسجين. بالمقارنة مع إنتاج الهيدروجين المائي الكهربائي، تتميز هذه الطريقة بكفاءة إنتاج أعلى، ومن المتوقع أن تتجاوز كفاءتها الإجمالية 50%، مع انخفاض تكلفتها.
وقت النشر: ٢٨ فبراير ٢٠٢٣