Wat is nucleaire waterstofproductie?

Nucleaire waterstofproductie wordt algemeen beschouwd als de voorkeursmethode voor grootschalige waterstofproductie, maar de vooruitgang lijkt traag te zijn. Dus, wat is nucleaire waterstofproductie?

Nucleaire waterstofproductie, dat wil zeggen een kernreactor gekoppeld aan een geavanceerd waterstofproductieproces, voor massaproductie van waterstof. Waterstofproductie uit kernenergie heeft als voordelen dat er geen broeikasgassen vrijkomen, water als grondstof is, een hoge efficiëntie heeft en grootschalig is. Het is daarom een ​​belangrijke oplossing voor grootschalige waterstofvoorziening in de toekomst. Volgens schattingen van de IAEA kan een kleine reactor van 250 MW 50 ton waterstof per dag produceren met behulp van kernreacties bij hoge temperatuur.

Het principe van waterstofproductie in kernenergie is het gebruik van de warmte die door een kernreactor wordt gegenereerd als energiebron voor waterstofproductie, en het realiseren van efficiënte en grootschalige waterstofproductie door de juiste technologie te selecteren. Dit resulteert in het verminderen of zelfs elimineren van de uitstoot van broeikasgassen. Het schema van waterstofproductie uit kernenergie is weergegeven in de afbeelding.

Er zijn veel manieren om kernenergie om te zetten in waterstofenergie, waaronder water als grondstof door elektrolyse, thermochemische cyclus, waterstofproductie door hogetemperatuurstoomelektrolyse, waterstofsulfide als grondstof, waterstofproductie kraken, aardgas, steenkool, biomassa als grondstof pyrolyse waterstofproductie, enz. Bij het gebruik van water als grondstof produceert het hele waterstofproductieproces geen CO₂, wat in principe de uitstoot van broeikasgassen kan elimineren; het produceren van waterstof uit andere bronnen vermindert alleen de koolstofemissies. Bovendien is het gebruik van water bij nucleaire elektrolyse slechts een eenvoudige combinatie van kernenergieopwekking en traditionele elektrolyse, wat nog steeds tot het gebied van kernenergieopwekking behoort en over het algemeen niet wordt beschouwd als een echte nucleaire waterstofproductietechnologie. Daarom worden de thermochemische cyclus met water als grondstof, volledig of gedeeltelijk gebruik van nucleaire warmte en stoomelektrolyse bij hogetemperatuur beschouwd als de toekomstige richting van nucleaire waterstofproductietechnologie.

Momenteel zijn er twee hoofdmethoden voor waterstofproductie in kernenergie: elektrolytische waterstofproductie met water en thermochemische waterstofproductie. Kernreactoren leveren respectievelijk elektrische energie en warmte-energie voor de bovengenoemde twee methoden van waterstofproductie.

Elektrolyse van water om waterstof te produceren is het gebruik van kernenergie om elektriciteit op te wekken, waarna het water via een waterelektrolytisch apparaat wordt afgebroken tot waterstof. Waterstofproductie door middel van elektrolyse van water is een relatief directe waterstofproductiemethode, maar het rendement van deze methode (55% tot 60%) is laag. Zelfs met de meest geavanceerde SPE-waterelektrolysetechnologie in de Verenigde Staten loopt het elektrolytische rendement op tot 90%. Omdat de meeste kerncentrales momenteel slechts warmte omzetten in elektriciteit met een rendement van ongeveer 35%, bedraagt ​​het uiteindelijke totale rendement van waterstofproductie door middel van waterelektrolyse in kernenergie slechts 30%.

Thermisch-chemische waterstofproductie is gebaseerd op een thermisch-chemische cyclus, waarbij een kernreactor wordt gekoppeld aan een thermisch-chemische waterstofproductie-installatie. De hoge temperatuur van de kernreactor wordt als warmtebron gebruikt, waardoor water een thermische ontleding bij 800 tot 1000 °C katalyseert en waterstof en zuurstof produceert. Vergeleken met elektrolytische waterstofproductie via water is de efficiëntie van de thermisch-chemische waterstofproductie hoger. Het totale rendement zal naar verwachting meer dan 50% bedragen en de kosten zijn lager.