原子力水素製造とは何ですか?

原子力水素製造は大規模な水素製造方法として広く受け入れられていますが、その進展は遅いようです。では、原子力水素製造とは何でしょうか？

原子力水素製造とは、原子炉と先進的な水素製造プロセスを組み合わせたもので、水素を大量生産するものです。原子力による水素製造は、温室効果ガスを排出せず、原料として水を使用し、高効率で大規模に製造できるという利点があり、将来の大規模水素供給にとって重要な解決策となります。IAEAの推計によると、250MWの小型原子炉は、高温の核反応を利用して1日あたり50トンの水素を製造できます。

原子力エネルギーによる水素製造の原理は、原子炉から発生する熱をエネルギー源として水素製造に利用し、適切な技術を選択することにより、効率的かつ大規模な水素製造を実現することです。これにより、温室効果ガスの排出を削減、あるいはゼロにすることさえ可能となります。図は、原子力エネルギーによる水素製造の概略図を示しています。

原子力エネルギーを水素エネルギーに変換する方法は数多くあり、水電解による水熱分解、熱化学サイクル、高温水蒸気電気分解による水素製造、硫化水素を原料とする分解水素製造、天然ガス、石炭、バイオマスを原料とする熱分解水素製造などが挙げられる。 水を原料とする場合、水素製造プロセス全体でCO₂を排出せず、基本的に温室効果ガスの排出をなくすことができます。他の源から水素を製造すると、炭素排出量が削減されるだけです。 また、原子力電解水の使用は、原子力発電と従来の電気分解の単純な組み合わせに過ぎず、依然として原子力発電の分野に属し、真の原子力水素製造技術とは一般に考えられていません。 そのため、水を原料とする熱化学サイクル、核熱の完全または部分的な利用、および高温水蒸気電気分解は、原子力水素製造技術の将来の方向を代表するものと考えられています。

現在、原子力エネルギーにおける水素製造には、主に電解水水素製造と熱化学水素製造の2つの方法があります。原子炉は、これら2つの水素製造方法にそれぞれ電気エネルギーと熱エネルギーを供給します。

水の電気分解による水素製造は、原子力エネルギーを利用して発電し、その後、水電解装置を通して水を水素に分解するものです。電解水による水素製造は比較的直接的な水素製造方法ですが、この方法の水素製造効率（55％～60％）は低く、米国で最先端のSPE水電解技術を採用した場合でも、電解効率は90％まで向上します。しかし、現在、ほとんどの原子力発電所は熱を電気に変換する効率が約35％であるため、原子力における水電解による水素製造の最終的な総合効率はわずか30％に過ぎません。

熱化学水素製造は熱化学サイクルを基盤とし、原子炉と熱化学サイクル水素製造装置を連結し、原子炉が提供する高温を熱源として、800℃～1000℃で水を触媒として熱分解させ、水素と酸素を生成します。電解水水素製造と比較して、熱化学水素製造の効率は高く、総効率は50%以上に達すると予想され、コストも低くなります。