Kernwaterstofproductie wordt algemeen beschouwd als de voorkeursmethode voor waterstofproductie op grote schaal, maar de voortgang lijkt traag te verlopen. Wat is kernwaterstofproductie nu precies?
Kernenergie voor waterstofproductie, oftewel de combinatie van een kernreactor met een geavanceerd waterstofproductieproces, maakt massaproductie van waterstof mogelijk. Waterstofproductie met kernenergie heeft als voordelen dat er geen broeikasgassen vrijkomen, water als grondstof wordt gebruikt, de productie zeer efficiënt is en op grote schaal kan worden uitgevoerd. Daarom is het een belangrijke oplossing voor de grootschalige waterstofvoorziening in de toekomst. Volgens schattingen van het IAEA kan een kleine reactor van 250 MW 50 ton waterstof per dag produceren met behulp van kernreacties bij hoge temperaturen.
Het principe van waterstofproductie met behulp van kernenergie is het gebruik van de warmte die door een kernreactor wordt opgewekt als energiebron voor de waterstofproductie. Door de juiste technologie te selecteren, wordt efficiënte en grootschalige waterstofproductie mogelijk gemaakt, waardoor de uitstoot van broeikasgassen wordt verminderd of zelfs geëlimineerd. Een schematisch diagram van waterstofproductie met behulp van kernenergie is weergegeven in de afbeelding.
Er zijn veel manieren om kernenergie om te zetten in waterstofenergie, waaronder water als grondstof via elektrolyse, thermochemische cycli, elektrolyse met hoge temperatuur van stoom, waterstofproductie door kraken van waterstofsulfide, waterstofproductie door pyrolyse van aardgas, steenkool en biomassa als grondstoffen, enzovoort. Bij gebruik van water als grondstof produceert het gehele waterstofproductieproces geen CO₂, waardoor de uitstoot van broeikasgassen vrijwel volledig wordt geëlimineerd; waterstofproductie uit andere bronnen vermindert alleen de CO₂-uitstoot. Bovendien is het gebruik van water voor nucleaire elektrolyse slechts een eenvoudige combinatie van kernenergieopwekking en traditionele elektrolyse, wat nog steeds tot het domein van kernenergieopwekking behoort en over het algemeen niet wordt beschouwd als een echte nucleaire waterstofproductietechnologie. Daarom worden thermochemische cycli met water als grondstof, het volledig of gedeeltelijk benutten van kernwarmte en elektrolyse met hoge temperatuur van stoom beschouwd als de toekomstige richting van nucleaire waterstofproductietechnologie.
Momenteel zijn er twee belangrijke manieren om waterstof te produceren met behulp van kernenergie: elektrolytische waterstofproductie uit water en thermochemische waterstofproductie. Kernreactoren leveren respectievelijk elektrische energie en warmte-energie voor deze twee methoden van waterstofproductie.
Elektrolyse van water om waterstof te produceren houdt in dat kernenergie wordt gebruikt om elektriciteit op te wekken, waarna het water in een elektrolyse-installatie wordt omgezet in waterstof. Waterstofproductie door elektrolyse van water is een relatief directe methode, maar het rendement van deze methode (55% tot 60%) is laag. Zelfs met de meest geavanceerde SPE-waterelektrolysetechnologie in de Verenigde Staten kan het rendement oplopen tot 90%. Omdat de meeste kerncentrales momenteel slechts een rendement van ongeveer 35% behalen bij de omzetting van warmte in elektriciteit, bedraagt het uiteindelijke totale rendement van waterstofproductie door waterelektrolyse met kernenergie slechts 30%.
Thermochemische waterstofproductie is gebaseerd op een thermochemische cyclus, waarbij een kernreactor wordt gekoppeld aan een thermochemische waterstofproductie-installatie. De hoge temperatuur van de kernreactor dient als warmtebron, waardoor water bij temperaturen tussen 800 en 1000 °C thermisch ontleedt en waterstof en zuurstof produceert. Vergeleken met elektrolytische waterstofproductie is de efficiëntie van thermochemische waterstofproductie hoger, met een verwachte totale efficiëntie van meer dan 50%, terwijl de kosten lager liggen.
Geplaatst op: 28 februari 2023