¿Qué es la producción nuclear de hidrógeno?

La producción nuclear de hidrógeno se considera el método preferido para la producción de hidrógeno a gran escala, pero su desarrollo parece ser lento. Entonces, ¿qué es la producción nuclear de hidrógeno?

La producción de hidrógeno mediante energía nuclear, es decir, la combinación de un reactor nuclear con un proceso avanzado de producción de hidrógeno, permite la producción masiva de este elemento. La producción de hidrógeno a partir de energía nuclear ofrece las ventajas de no generar gases de efecto invernadero, utilizar agua como materia prima, poseer alta eficiencia y poder producirse a gran escala, lo que la convierte en una solución importante para el suministro de hidrógeno a gran escala en el futuro. Según estimaciones del OIEA, un pequeño reactor de 250 MW puede producir 50 toneladas de hidrógeno al día mediante reacciones nucleares a alta temperatura.

El principio de la producción de hidrógeno mediante energía nuclear consiste en utilizar el calor generado por el reactor nuclear como fuente de energía para su producción, y lograr una producción de hidrógeno eficiente y a gran escala mediante la selección de la tecnología adecuada. De esta manera, se reducen o incluso eliminan las emisiones de gases de efecto invernadero. El diagrama esquemático de la producción de hidrógeno a partir de energía nuclear se muestra en la figura.

Existen diversas formas de convertir la energía nuclear en hidrógeno, incluyendo la electrólisis del agua como materia prima, el ciclo termoquímico, la electrólisis de vapor a alta temperatura para la producción de hidrógeno, la pirólisis del sulfuro de hidrógeno como materia prima, la pirólisis del gas natural, el carbón y la biomasa como materias primas, entre otras. Al utilizar agua como materia prima, todo el proceso de producción de hidrógeno no genera CO₂, lo que prácticamente elimina las emisiones de gases de efecto invernadero; la producción de hidrógeno a partir de otras fuentes solo reduce las emisiones de carbono. Además, el uso de agua mediante electrólisis nuclear es simplemente una combinación de la generación de energía nuclear y la electrólisis tradicional, que aún pertenece al campo de la generación de energía nuclear y generalmente no se considera una verdadera tecnología de producción de hidrógeno nuclear. Por lo tanto, el ciclo termoquímico con agua como materia prima, el uso total o parcial del calor nuclear y la electrólisis de vapor a alta temperatura se consideran la dirección futura de la tecnología de producción de hidrógeno nuclear.

Actualmente, existen dos métodos principales para la producción de hidrógeno en la energía nuclear: la producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua y la producción de hidrógeno mediante métodos termoquímicos. Los reactores nucleares proporcionan energía eléctrica y energía térmica, respectivamente, para estos dos métodos de producción de hidrógeno.

La electrólisis del agua para producir hidrógeno consiste en utilizar energía nuclear para generar electricidad y, posteriormente, descomponer el agua en hidrógeno mediante un dispositivo electrolítico. La producción de hidrógeno por electrólisis del agua es un método relativamente directo, pero su eficiencia (entre el 55 % y el 60 %) es baja. Incluso con la tecnología de electrólisis de agua SPE más avanzada de Estados Unidos, la eficiencia electrolítica aumenta hasta el 90 %. Sin embargo, dado que la mayoría de las centrales nucleares actualmente solo convierten calor en electricidad con una eficiencia de alrededor del 35 %, la eficiencia total de la producción de hidrógeno mediante electrólisis del agua en energía nuclear es de tan solo el 30 %.

La producción termoquímica de hidrógeno se basa en un ciclo termoquímico que acopla un reactor nuclear con un dispositivo de producción de hidrógeno de ciclo termoquímico. Este sistema utiliza la alta temperatura del reactor nuclear como fuente de calor, catalizando la descomposición térmica del agua a temperaturas de entre 800 °C y 1000 °C para producir hidrógeno y oxígeno. En comparación con la producción electrolítica de hidrógeno a partir de agua, la eficiencia de la producción termoquímica de hidrógeno es mayor, alcanzando una eficiencia total superior al 50 %, y su coste es menor.