Η παραγωγή πυρηνικού υδρογόνου θεωρείται ευρέως η προτιμώμενη μέθοδος για παραγωγή υδρογόνου μεγάλης κλίμακας, αλλά φαίνεται ότι προχωρά αργά. Τι είναι, λοιπόν, η παραγωγή πυρηνικού υδρογόνου;
Παραγωγή πυρηνικού υδρογόνου, δηλαδή πυρηνικός αντιδραστήρας σε συνδυασμό με προηγμένη διαδικασία παραγωγής υδρογόνου, για μαζική παραγωγή υδρογόνου. Η παραγωγή υδρογόνου από πυρηνική ενέργεια έχει τα πλεονεκτήματα της μηδενικής εκπομπής αερίων του θερμοκηπίου, του νερού ως πρώτης ύλης, της υψηλής απόδοσης και της μεγάλης κλίμακας, επομένως αποτελεί σημαντική λύση για την προμήθεια υδρογόνου μεγάλης κλίμακας στο μέλλον. Σύμφωνα με εκτιμήσεις του ΔΟΑΕ, ένας μικρός αντιδραστήρας 250MW μπορεί να παράγει 50 τόνους υδρογόνου την ημέρα χρησιμοποιώντας πυρηνικές αντιδράσεις υψηλής θερμοκρασίας.
Η αρχή της παραγωγής υδρογόνου στην πυρηνική ενέργεια είναι η χρήση της θερμότητας που παράγεται από τον πυρηνικό αντιδραστήρα ως πηγή ενέργειας για την παραγωγή υδρογόνου και η επίτευξη αποτελεσματικής και μεγάλης κλίμακας παραγωγής υδρογόνου επιλέγοντας την κατάλληλη τεχνολογία. Και η μείωση ή ακόμη και η εξάλειψη των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου. Το σχηματικό διάγραμμα της παραγωγής υδρογόνου από πυρηνική ενέργεια φαίνεται στο σχήμα.
Υπάρχουν πολλοί τρόποι μετατροπής της πυρηνικής ενέργειας σε ενέργεια υδρογόνου, συμπεριλαμβανομένου του νερού ως πρώτης ύλης μέσω ηλεκτρόλυσης, του θερμοχημικού κύκλου, της παραγωγής υδρογόνου με ηλεκτρόλυση ατμού υψηλής θερμοκρασίας, του υδρόθειου ως πρώτης ύλης, της πυρόλυσης, της παραγωγής υδρογόνου με πυρόλυση φυσικού αερίου, του άνθρακα, της βιομάζας ως πρώτων υλών, της παραγωγής υδρογόνου με πυρόλυση κ.λπ. Όταν χρησιμοποιείται νερό ως πρώτη ύλη, ολόκληρη η διαδικασία παραγωγής υδρογόνου δεν παράγει CO₂, το οποίο μπορεί ουσιαστικά να εξαλείψει τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου. Η παραγωγή υδρογόνου από άλλες πηγές μειώνει μόνο τις εκπομπές άνθρακα. Επιπλέον, η χρήση νερού στην πυρηνική ηλεκτρόλυση είναι απλώς ένας απλός συνδυασμός παραγωγής πυρηνικής ενέργειας και παραδοσιακής ηλεκτρόλυσης, η οποία εξακολουθεί να ανήκει στον τομέα της παραγωγής πυρηνικής ενέργειας και γενικά δεν θεωρείται ως μια πραγματική τεχνολογία παραγωγής πυρηνικού υδρογόνου. Επομένως, ο θερμοχημικός κύκλος με νερό ως πρώτη ύλη, η πλήρης ή μερική χρήση πυρηνικής θερμότητας και η ηλεκτρόλυση ατμού υψηλής θερμοκρασίας θεωρούνται ότι αντιπροσωπεύουν τη μελλοντική κατεύθυνση της τεχνολογίας παραγωγής πυρηνικού υδρογόνου.
Προς το παρόν, υπάρχουν δύο κύριοι τρόποι παραγωγής υδρογόνου στην πυρηνική ενέργεια: η ηλεκτρολυτική παραγωγή υδρογόνου από νερό και η θερμοχημική παραγωγή υδρογόνου. Οι πυρηνικοί αντιδραστήρες παρέχουν ηλεκτρική και θερμική ενέργεια αντίστοιχα για τους δύο παραπάνω τρόπους παραγωγής υδρογόνου.
Η ηλεκτρόλυση του νερού για την παραγωγή υδρογόνου είναι η χρήση πυρηνικής ενέργειας για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και στη συνέχεια μέσω της ηλεκτρολυτικής συσκευής νερού για την αποσύνθεση του νερού σε υδρογόνο. Η παραγωγή υδρογόνου με ηλεκτρολυτικό νερό είναι μια σχετικά άμεση μέθοδος παραγωγής υδρογόνου, αλλά η απόδοση παραγωγής υδρογόνου αυτής της μεθόδου (55% ~ 60%) είναι χαμηλή, ακόμη και αν υιοθετηθεί η πιο προηγμένη τεχνολογία ηλεκτρόλυσης νερού SPE στις Ηνωμένες Πολιτείες, η ηλεκτρολυτική απόδοση αυξάνεται στο 90%. Αλλά επειδή οι περισσότεροι πυρηνικοί σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής μετατρέπουν επί του παρόντος μόνο τη θερμότητα σε ηλεκτρική ενέργεια με απόδοση περίπου 35%, η τελική συνολική απόδοση της παραγωγής υδρογόνου από ηλεκτρόλυση νερού στην πυρηνική ενέργεια είναι μόνο 30%.
Η θερμοχημική παραγωγή υδρογόνου βασίζεται στον θερμοχημικό κύκλο, συνδέοντας έναν πυρηνικό αντιδραστήρα με μια συσκευή παραγωγής υδρογόνου θερμοχημικού κύκλου, χρησιμοποιώντας την υψηλή θερμοκρασία που παρέχεται από τον πυρηνικό αντιδραστήρα ως πηγή θερμότητας, έτσι ώστε το νερό να καταλύει τη θερμική αποσύνθεση στους 800℃ έως 1000℃, έτσι ώστε να παράγει υδρογόνο και οξυγόνο. Σε σύγκριση με την ηλεκτρολυτική παραγωγή υδρογόνου από νερό, η θερμοχημική απόδοση παραγωγής υδρογόνου είναι υψηλότερη, η συνολική απόδοση αναμένεται να φτάσει πάνω από 50%, το κόστος είναι χαμηλότερο.
Ώρα δημοσίευσης: 28 Φεβρουαρίου 2023