La producción de hidrógeno nuclear se considera ampliamente el método preferido para la producción de hidrógeno a gran escala, pero parece estar progresando lentamente. Entonces, ¿qué es la producción de hidrógeno nuclear?
Producción de hidrógeno nuclear, es decir, un reactor nuclear combinado con un proceso avanzado de producción de hidrógeno para la producción masiva de hidrógeno. La producción de hidrógeno a partir de energía nuclear ofrece las ventajas de no generar gases de efecto invernadero, utilizar agua como materia prima, ser altamente eficiente y funcionar a gran escala, lo que la convierte en una solución clave 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 de alta temperatura.
El principio de la producción de hidrógeno en energía nuclear consiste en utilizar el calor generado por un reactor nuclear como fuente de energía para la producción de hidrógeno, logrando una producción eficiente y a gran escala mediante la selección de la tecnología adecuada. Además, 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.
Hay muchas maneras de convertir la energía nuclear en energía de hidrógeno, incluyendo el agua como materia prima a través de la electrólisis, el ciclo termoquímico, la producción de hidrógeno por electrólisis de vapor a alta temperatura, el sulfuro de hidrógeno como materia prima para la producción de hidrógeno por craqueo, el gas natural, el carbón, la biomasa como materia prima para la producción de hidrógeno por pirólisis, etc. Cuando se utiliza agua como materia prima, todo el proceso de producción de hidrógeno no produce CO₂, lo que básicamente puede eliminar 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 del agua por electrólisis nuclear es solo una simple combinación de generación de energía nuclear y electrólisis tradicional, que todavía 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, se considera que el ciclo termoquímico con agua como materia prima, el uso total o parcial del calor nuclear y la electrólisis de vapor a alta temperatura representan la dirección futura de la tecnología de producción de hidrógeno nuclear.
Actualmente, existen dos métodos principales de producción de hidrógeno en la energía nuclear: la producción de hidrógeno electrolítico mediante agua y la producción de hidrógeno termoquímico. Los reactores nucleares proporcionan energía eléctrica y térmica, respectivamente, para ambos métodos de producción.
La electrólisis del agua para producir hidrógeno consiste en utilizar energía nuclear para generar electricidad y, posteriormente, mediante un dispositivo electrolítico de agua, descomponer el agua en hidrógeno. La producción de hidrógeno mediante agua electrolítica es un método relativamente directo, pero su eficiencia (entre el 55 % y el 60 %) es baja. Incluso con la adopción de la tecnología de electrólisis de agua SPE más avanzada en Estados Unidos, la eficiencia electrolítica aumenta hasta el 90 %. Sin embargo, dado que la mayoría de las centrales nucleares actualmente solo convierten el calor en electricidad con una eficiencia cercana al 35 %, la eficiencia total final de la producción de hidrógeno mediante electrólisis de agua en energía nuclear es de tan solo el 30 %.
La producción de hidrógeno termoquímico se basa en un ciclo termoquímico, que combina un reactor nuclear con un dispositivo de producción de hidrógeno de ciclo termoquímico. Este dispositivo aprovecha la alta temperatura del reactor nuclear como fuente de calor para que el agua catalice la descomposición térmica entre 800 °C y 1000 °C, produciendo hidrógeno y oxígeno. En comparación con la producción de hidrógeno mediante agua electrolítica, la eficiencia de la producción de hidrógeno termoquímico es mayor; se espera que la eficiencia total supere el 50 %, con un menor costo.
Hora de publicación: 28 de febrero de 2023