מהי ייצור מימן גרעיני?

ייצור מימן גרעיני נחשב באופן נרחב לשיטה המועדפת לייצור מימן בקנה מידה גדול, אך נראה שהוא מתקדם באיטיות. אז מהו ייצור מימן גרעיני?

ייצור מימן גרעיני, כלומר, כור גרעיני בשילוב תהליך ייצור מימן מתקדם, לייצור המוני של מימן. לייצור מימן מאנרגיה גרעינית יש יתרונות של היעדר גזי חממה, מים כחומר גלם, יעילות גבוהה וקנה מידה גדול, ולכן זהו פתרון חשוב לאספקת מימן בקנה מידה גדול בעתיד. על פי הערכות ה-IAEA, כור קטן של 250 מגה-וואט יכול לייצר 50 טון מימן ביום באמצעות תגובות גרעיניות בטמפרטורה גבוהה.

עקרון ייצור המימן באנרגיה גרעינית הוא להשתמש בחום הנוצר בכור גרעיני כמקור אנרגיה לייצור מימן, ולהביא לייצור מימן יעיל וקנה מידה גדול על ידי בחירת טכנולוגיה מתאימה. ולהפחית או אף לבטל פליטות גזי חממה. תרשים סכמטי של ייצור מימן מאנרגיה גרעינית מוצג באיור.

ישנן דרכים רבות להמיר אנרגיה גרעינית לאנרגיית מימן, כולל מים כחומר גלם באמצעות אלקטרוליזה, מחזור תרמוכימי, ייצור מימן באלקטרוליזה בקיטור בטמפרטורה גבוהה, מימן גופרתי כחומר גלם, פיצוח מימן, גז טבעי, פחם, ביומסה כחומרי גלם, ייצור מימן בפירוליזה וכו'. כאשר משתמשים במים כחומר גלם, כל תהליך ייצור המימן אינו מייצר CO₂, מה שיכול למעשה לחסל את פליטת גזי החממה; ייצור מימן ממקורות אחרים רק מפחית את פליטת הפחמן. בנוסף, השימוש במים באלקטרוליזה גרעינית הוא רק שילוב פשוט של ייצור אנרגיה גרעינית ואלקטרוליזה מסורתית, שעדיין שייכת לתחום ייצור האנרגיה הגרעינית ובדרך כלל אינה נחשבת לטכנולוגיית ייצור מימן גרעיני אמיתית. לכן, המחזור התרמוכימי עם מים כחומר גלם, שימוש מלא או חלקי בחום גרעיני ואלקטרוליזה בקיטור בטמפרטורה גבוהה נחשבים לכיוון העתידי של טכנולוגיית ייצור המימן הגרעיני.

כיום, ישנן שתי דרכים עיקריות לייצור מימן באנרגיה גרעינית: ייצור מימן באמצעות מים אלקטרוליטי וייצור מימן תרמוכימי. כורים גרעיניים מספקים אנרגיה חשמלית ואנרגיית חום בהתאמה לשתי הדרכים הנ"ל לייצור מימן.

אלקטרוליזה של מים לייצור מימן היא שימוש באנרגיה גרעינית לייצור חשמל, ולאחר מכן פירוק מים למימן באמצעות מכשיר אלקטרוליטי של מים. ייצור מימן באמצעות מים אלקטרוליטיים הוא שיטת ייצור מימן ישירה יחסית, אך יעילות ייצור המימן של שיטה זו (55% ~ 60%) נמוכה, אפילו אם טכנולוגיית אלקטרוליזה של מים SPE המתקדמת ביותר מאומצת בארצות הברית, יעילות האלקטרוליזה עולה ל-90%. אך מכיוון שרוב תחנות הכוח הגרעיניות כיום ממירות חום לחשמל ביעילות של כ-35%, היעילות הכוללת הסופית של ייצור מימן מאלקטרוליזה של מים באנרגיה גרעינית היא רק 30%.

ייצור מימן תרמי-כימי מבוסס על מחזור תרמי-כימי, המשלב כור גרעיני עם התקן לייצור מימן במחזור תרמי-כימי, תוך שימוש בטמפרטורה הגבוהה שמספק הכור הגרעיני כמקור חום, כך שמים מזרזים פירוק תרמי בטמפרטורה של 800 מעלות צלזיוס עד 1000 מעלות צלזיוס, וייצור מימן וחמצן. בהשוואה לייצור מימן אלקטרוליטי במים, יעילות ייצור המימן התרמו-כימי גבוהה יותר, היעילות הכוללת צפויה להגיע ליותר מ-50%, והעלות נמוכה יותר.