Kas ir kodolūdeņraža ražošana?

Kodolūdeņraža ražošana tiek plaši uzskatīta par vēlamo metodi liela mēroga ūdeņraža ražošanai, taču šķiet, ka tā progresē lēni. Tātad, kas ir kodolūdeņraža ražošana?

Kodolūdeņraža ražošana, tas ir, kodolreaktors, kas apvienots ar progresīvu ūdeņraža ražošanas procesu, ūdeņraža masveida ražošanai. Ūdeņraža ražošanai no kodolenerģijas ir priekšrocības, piemēram, siltumnīcefekta gāzu neesamība, ūdens kā izejviela, augsta efektivitāte un liels mērogs, tāpēc tas ir svarīgs risinājums liela mēroga ūdeņraža piegādei nākotnē. Saskaņā ar IAEA aplēsēm neliels 250 MW reaktors, izmantojot augstas temperatūras kodolreakcijas, var saražot 50 tonnas ūdeņraža dienā.

Ūdeņraža ražošanas princips kodolenerģijā ir izmantot kodolreaktora radīto siltumu kā enerģijas avotu ūdeņraža ražošanai un, izvēloties atbilstošu tehnoloģiju, realizēt efektīvu un liela mēroga ūdeņraža ražošanu. Un samazināt vai pat novērst siltumnīcefekta gāzu emisijas. Attēlā parādīta ūdeņraža ražošanas no kodolenerģijas shematiska diagramma.

Ir daudz veidu, kā pārvērst kodolenerģiju ūdeņraža enerģijā, tostarp ūdens kā izejviela, izmantojot elektrolīzi, termoķīmisko ciklu, augstas temperatūras tvaika elektrolīzi ūdeņraža ražošanā, sērūdeņradi kā izejvielu ūdeņraža ražošanas krekinga procesā, dabasgāzi, ogles, biomasu kā izejvielas pirolīzes ūdeņraža ražošanā utt. Izmantojot ūdeni kā izejvielu, viss ūdeņraža ražošanas process nerada CO₂, kas būtībā var novērst siltumnīcefekta gāzu emisijas; ūdeņraža ražošana no citiem avotiem tikai samazina oglekļa emisijas. Turklāt kodolelektrolīzes ūdens izmantošana ir tikai vienkārša kodolenerģijas ražošanas un tradicionālās elektrolīzes kombinācija, kas joprojām pieder pie kodolenerģijas ražošanas jomas un parasti netiek uzskatīta par īstu kodolūdeņraža ražošanas tehnoloģiju. Tāpēc termoķīmiskais cikls ar ūdeni kā izejvielu, pilnīga vai daļēja kodolsiltuma izmantošana un augstas temperatūras tvaika elektrolīze tiek uzskatītas par kodolūdeņraža ražošanas tehnoloģijas nākotnes virzienu.

Pašlaik kodolenerģijā ir divi galvenie ūdeņraža ražošanas veidi: ūdeņraža ražošana elektrolītiskā ūdenī un ūdeņraža ražošana termoķīmiskā veidā. Kodolreaktori attiecīgi nodrošina elektroenerģiju un siltumenerģiju iepriekšminētajiem diviem ūdeņraža ražošanas veidiem.

Ūdens elektrolīze ūdeņraža ražošanai ir kodolenerģijas izmantošana elektroenerģijas ražošanai, un pēc tam ūdens sadalīšana ūdeņradī, izmantojot ūdens elektrolītisko ierīci. Ūdeņraža ražošana ar ūdens elektrolīzi ir relatīvi tieša ūdeņraža ražošanas metode, taču šīs metodes ūdeņraža ražošanas efektivitāte (55% ~ 60%) ir zema, un pat ja Amerikas Savienotajās Valstīs tiek ieviesta vismodernākā SPE ūdens elektrolīzes tehnoloģija, elektrolīzes efektivitāte palielinās līdz 90%. Taču, tā kā lielākā daļa atomelektrostaciju pašlaik siltumu elektrībā pārvērš tikai ar aptuveni 35% efektivitāti, ūdeņraža ražošanas kopējā efektivitāte no ūdens elektrolīzes kodolenerģijā ir tikai 30%.

Termoķīmiskā ūdeņraža ražošana balstās uz termoķīmisko ciklu, savienojot kodolreaktoru ar termoķīmiskā cikla ūdeņraža ražošanas ierīci, izmantojot kodolreaktora nodrošināto augsto temperatūru kā siltuma avotu, lai ūdens katalizētu termisko sadalīšanos 800 ℃ līdz 1000 ℃ temperatūrā, tādējādi ražojot ūdeņradi un skābekli. Salīdzinot ar elektrolītisko ūdeņraža ražošanu, termoķīmiskā ūdeņraža ražošanas efektivitāte ir augstāka, paredzams, ka kopējā efektivitāte sasniegs vairāk nekā 50%, un izmaksas ir zemākas.