La produzione di idrogeno nucleare è ampiamente considerata il metodo preferito per la produzione di idrogeno su larga scala, ma sembra progredire lentamente. Quindi, in cosa consiste la produzione di idrogeno nucleare?
Produzione di idrogeno nucleare, ovvero un reattore nucleare abbinato a un processo avanzato di produzione di idrogeno, per la produzione di massa di idrogeno. La produzione di idrogeno dall'energia nucleare offre i vantaggi dell'assenza di gas serra, dell'acqua come materia prima, dell'elevata efficienza e della produzione su larga scala, rappresentando quindi una soluzione importante per la fornitura di idrogeno su larga scala in futuro. Secondo le stime dell'AIEA, un piccolo reattore da 250 MW può produrre 50 tonnellate di idrogeno al giorno utilizzando reazioni nucleari ad alta temperatura.
Il principio della produzione di idrogeno tramite energia nucleare è quello di utilizzare il calore generato dal reattore nucleare come fonte di energia per la produzione di idrogeno e di realizzare una produzione di idrogeno efficiente e su larga scala selezionando la tecnologia appropriata. Questo approccio riduce o addirittura elimina le emissioni di gas serra. Lo schema della produzione di idrogeno tramite energia nucleare è mostrato in figura.
Esistono molti modi per convertire l'energia nucleare in energia da idrogeno, tra cui l'acqua come materia prima tramite elettrolisi, ciclo termochimico, elettrolisi a vapore ad alta temperatura per la produzione di idrogeno, idrogeno solforato come materia prima tramite cracking, gas naturale, carbone, biomassa come materie prime per la produzione di idrogeno tramite pirolisi, ecc. Utilizzando l'acqua come materia prima, l'intero processo di produzione dell'idrogeno non produce CO₂, il che può sostanzialmente eliminare le emissioni di gas serra; la produzione di idrogeno da altre fonti riduce solo le emissioni di carbonio. Inoltre, l'uso dell'acqua per elettrolisi nucleare è solo una semplice combinazione di generazione di energia nucleare ed elettrolisi tradizionale, che appartiene ancora al campo della generazione di energia nucleare e non è generalmente considerata una vera e propria tecnologia di produzione di idrogeno nucleare. Pertanto, il ciclo termochimico con acqua come materia prima, l'uso totale o parziale del calore nucleare e l'elettrolisi a vapore ad alta temperatura sono considerati la futura direzione della tecnologia di produzione di idrogeno nucleare.
Attualmente, esistono due metodi principali per la produzione di idrogeno tramite l'energia nucleare: la produzione elettrolitica di idrogeno tramite l'acqua e la produzione termochimica di idrogeno. I reattori nucleari forniscono rispettivamente energia elettrica ed energia termica per i due metodi di produzione di idrogeno sopra descritti.
L'elettrolisi dell'acqua per produrre idrogeno consiste nell'utilizzare l'energia nucleare per generare elettricità e poi, attraverso un dispositivo elettrolitico, decomporre l'acqua in idrogeno. La produzione di idrogeno mediante elettrolisi dell'acqua è un metodo relativamente diretto, ma l'efficienza di produzione di idrogeno di questo metodo (55% ~ 60%) è bassa. Anche adottando la più avanzata tecnologia di elettrolisi dell'acqua SPE negli Stati Uniti, l'efficienza elettrolitica aumenta al 90%. Tuttavia, poiché la maggior parte delle centrali nucleari attualmente converte il calore in elettricità solo con un'efficienza di circa il 35%, l'efficienza totale finale della produzione di idrogeno mediante elettrolisi dell'acqua nell'energia nucleare è solo del 30%.
La produzione di idrogeno termochimico si basa su un ciclo termochimico, che prevede l'accoppiamento di un reattore nucleare con un dispositivo di produzione di idrogeno a ciclo termochimico, utilizzando l'alta temperatura fornita dal reattore nucleare come fonte di calore, in modo che l'acqua catalizzi la decomposizione termica a temperature comprese tra 800 e 1000 °C, producendo idrogeno e ossigeno. Rispetto alla produzione di idrogeno tramite elettrolisi dell'acqua, l'efficienza di produzione di idrogeno termochimico è maggiore, con un'efficienza totale prevista superiore al 50% e costi inferiori.
Data di pubblicazione: 28 febbraio 2023