La production nucléaire d'hydrogène est largement considérée comme la méthode privilégiée pour la production d'hydrogène à grande échelle, mais elle semble progresser lentement. Alors, qu'est-ce que la production nucléaire d'hydrogène ?
Production d'hydrogène nucléaire, c'est-à-dire un réacteur nucléaire couplé à un procédé avancé de production d'hydrogène, pour la production massive d'hydrogène. La production d'hydrogène à partir de l'énergie nucléaire présente les avantages suivants : absence de gaz à effet de serre, utilisation de l'eau comme matière première, rendement élevé et grande échelle. Elle constitue donc une solution importante pour l'approvisionnement futur en hydrogène à grande échelle. Selon les estimations de l'AIEA, un petit réacteur de 250 MW peut produire 50 tonnes d'hydrogène par jour grâce à des réactions nucléaires à haute température.
Le principe de la production d'hydrogène par l'énergie nucléaire consiste à utiliser la chaleur générée par un réacteur nucléaire comme source d'énergie pour la production d'hydrogène, et à réaliser une production efficace et à grande échelle grâce à une technologie appropriée. Ceci permet de réduire, voire d'éliminer, les émissions de gaz à effet de serre. Le schéma de la production d'hydrogène par l'énergie nucléaire est présenté dans la figure.
Il existe de nombreuses façons de convertir l'énergie nucléaire en hydrogène, notamment l'eau comme matière première par électrolyse, le cycle thermochimique, la production d'hydrogène par électrolyse de la vapeur à haute température, le craquage du sulfure d'hydrogène comme matière première, la production d'hydrogène par pyrolyse du gaz naturel, du charbon et de la biomasse comme matières premières, etc. L'utilisation de l'eau comme matière première permet de produire de l'hydrogène sans produire de CO₂, ce qui permet d'éliminer pratiquement toutes les émissions de gaz à effet de serre. La production d'hydrogène à partir d'autres sources ne fait que réduire les émissions de carbone. De plus, l'utilisation de l'eau par électrolyse nucléaire n'est qu'une simple combinaison de production d'énergie nucléaire et d'électrolyse traditionnelle, qui relève encore du domaine de la production d'énergie nucléaire et n'est généralement pas considérée comme une véritable technologie de production d'hydrogène nucléaire. Par conséquent, le cycle thermochimique utilisant l'eau comme matière première, l'utilisation totale ou partielle de la chaleur nucléaire et l'électrolyse de la vapeur à haute température sont considérés comme représentant l'orientation future de la technologie de production d'hydrogène nucléaire.
Actuellement, il existe deux principales méthodes de production d'hydrogène dans le nucléaire : la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau et la production d'hydrogène par thermochimie. Les réacteurs nucléaires fournissent respectivement de l'énergie électrique et de l'énergie thermique pour ces deux méthodes.
L'électrolyse de l'eau pour produire de l'hydrogène consiste à utiliser l'énergie nucléaire pour produire de l'électricité, puis à décomposer l'eau en hydrogène grâce à un dispositif d'électrolyse de l'eau. La production d'hydrogène par électrolyse de l'eau est une méthode relativement directe, mais son rendement (55 % à 60 %) est faible. Même avec l'adoption de la technologie d'électrolyse de l'eau SPE la plus avancée aux États-Unis, le rendement électrolytique atteint 90 %. Cependant, comme la plupart des centrales nucléaires ne convertissent actuellement la chaleur en électricité qu'avec un rendement d'environ 35 %, le rendement total final de la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau dans le nucléaire n'est que de 30 %.
La production d'hydrogène thermochimique repose sur un cycle thermochimique, combinant un réacteur nucléaire et un dispositif de production d'hydrogène thermochimique. La température élevée du réacteur nucléaire sert de source de chaleur. L'eau catalyse alors la décomposition thermique entre 800 et 1 000 °C, produisant ainsi de l'hydrogène et de l'oxygène. Comparée à la production d'hydrogène par électrolyse de l'eau, la production thermochimique d'hydrogène présente un rendement supérieur à 50 % et un coût inférieur.
Date de publication : 28 février 2023