La produzione di idrogeno tramite energia nucleare è ampiamente considerata il metodo preferibile per la produzione di idrogeno su larga scala, ma sembra che i progressi in questo campo siano lenti. Quindi, cos'è esattamente la produzione di idrogeno tramite energia nucleare?
La produzione di idrogeno nucleare, ovvero l'utilizzo di un reattore nucleare abbinato a un processo avanzato di produzione di idrogeno, consente la produzione di massa di questo combustibile. La produzione di idrogeno da energia nucleare presenta i vantaggi di non generare gas serra, di utilizzare l'acqua come materia prima, di essere altamente efficiente e scalabile, rappresentando quindi una soluzione importante per l'approvvigionamento 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 da energia nucleare consiste nell'utilizzare il calore generato dal reattore nucleare come fonte di energia per la produzione di idrogeno, e nel realizzare una produzione efficiente e su larga scala attraverso la selezione di tecnologie appropriate, riducendo o addirittura eliminando le emissioni di gas serra. Lo schema del processo di produzione di idrogeno da energia nucleare è illustrato nella figura.
Esistono molti modi per convertire l'energia nucleare in energia da idrogeno, tra cui l'utilizzo dell'acqua come materia prima tramite elettrolisi, il ciclo termochimico, la produzione di idrogeno tramite elettrolisi a vapore ad alta temperatura, la produzione di idrogeno tramite cracking del solfuro di idrogeno come materia prima, la produzione di idrogeno tramite pirolisi di gas naturale, carbone e biomassa, ecc. Quando si utilizza l'acqua come materia prima, l'intero processo di produzione di 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'utilizzo dell'acqua tramite 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 tecnologia di produzione di idrogeno nucleare. Pertanto, il ciclo termochimico con acqua come materia prima, l'utilizzo totale o parziale del calore nucleare e l'elettrolisi a vapore ad alta temperatura sono considerati la direzione futura della tecnologia di produzione di idrogeno nucleare.
Attualmente, esistono due metodi principali per la produzione di idrogeno tramite energia nucleare: la produzione elettrolitica di idrogeno dall'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 successivamente, tramite un dispositivo elettrolitico, decomporre l'acqua in idrogeno. La produzione di idrogeno tramite elettrolisi dell'acqua è un metodo relativamente diretto, ma la sua efficienza (55% ~ 60%) è bassa. Anche adottando la tecnologia di elettrolisi dell'acqua SPE più avanzata, utilizzata negli Stati Uniti, l'efficienza elettrolitica può raggiungere il 90%. Tuttavia, poiché la maggior parte delle centrali nucleari attualmente converte il calore in elettricità con un'efficienza di circa il 35%, l'efficienza totale della produzione di idrogeno tramite elettrolisi dell'acqua con energia nucleare si attesta solo al 30%.
La produzione termochimica di idrogeno 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, l'acqua viene catalizzata dalla decomposizione termica a temperature comprese tra 800°C e 1000°C, producendo idrogeno e ossigeno. Rispetto alla produzione elettrolitica di idrogeno, la produzione termochimica di idrogeno presenta un'efficienza maggiore, con un'efficienza complessiva prevista superiore al 50%, e costi inferiori.
Data di pubblicazione: 28 febbraio 2023