A produção de hidrogênio nuclear é amplamente considerada o método preferido para a produção de hidrogênio em larga escala, mas parece estar progredindo lentamente. Então, o que é produção de hidrogênio nuclear?
A produção de hidrogênio nuclear, ou seja, a utilização de um reator nuclear acoplado a um processo avançado de produção de hidrogênio, visa a produção em massa desse gás. A produção de hidrogênio a partir da energia nuclear apresenta as vantagens de não emitir gases de efeito estufa, utilizar água como matéria-prima, ter alta eficiência e poder ser realizada em larga escala, sendo, portanto, uma importante solução para o fornecimento de hidrogênio em larga escala no futuro. Segundo estimativas da AIEA (Agência Internacional de Energia Atômica), um pequeno reator de 250 MW pode produzir 50 toneladas de hidrogênio por dia utilizando reações nucleares de alta temperatura.
O princípio da produção de hidrogênio a partir da energia nuclear consiste em utilizar o calor gerado pelo reator nuclear como fonte de energia para a produção de hidrogênio, e em alcançar uma produção eficiente e em larga escala através da seleção de tecnologias apropriadas. Isso reduz ou mesmo elimina as emissões de gases de efeito estufa. O diagrama esquemático da produção de hidrogênio a partir da energia nuclear é mostrado na figura.
Existem muitas maneiras de converter energia nuclear em energia de hidrogênio, incluindo o uso da água como matéria-prima por meio de eletrólise, ciclo termoquímico, produção de hidrogênio por eletrólise de vapor em alta temperatura, produção de hidrogênio por craqueamento de sulfeto de hidrogênio, produção de hidrogênio por pirólise de gás natural, carvão e biomassa, etc. Quando se utiliza água como matéria-prima, todo o processo de produção de hidrogênio não gera CO₂, o que praticamente elimina as emissões de gases de efeito estufa; a produção de hidrogênio a partir de outras fontes apenas reduz as emissões de carbono. Além disso, o uso da água por eletrólise nuclear é apenas uma simples combinação da geração de energia nuclear com a eletrólise tradicional, pertencendo ainda ao campo da geração de energia nuclear e geralmente não sendo considerado uma verdadeira tecnologia de produção de hidrogênio nuclear. Portanto, o ciclo termoquímico com água como matéria-prima, o uso total ou parcial do calor nuclear e a eletrólise de vapor em alta temperatura são considerados a direção futura da tecnologia de produção de hidrogênio nuclear.
Atualmente, existem duas principais formas de produção de hidrogênio em energia nuclear: a produção eletrolítica de hidrogênio a partir da água e a produção termoquímica de hidrogênio. Os reatores nucleares fornecem energia elétrica e energia térmica, respectivamente, para essas duas formas de produção de hidrogênio.
A eletrólise da água para produzir hidrogênio consiste em utilizar energia nuclear para gerar eletricidade e, em seguida, decompor a água em hidrogênio por meio de um dispositivo eletrolítico. A produção de hidrogênio por eletrólise da água é um método relativamente direto, porém sua eficiência (55% a 60%) é baixa. Mesmo com a adoção da tecnologia de eletrólise de água SPE, a mais avançada dos Estados Unidos, a eficiência pode chegar a 90%. No entanto, como a maioria das usinas nucleares atualmente converte calor em eletricidade com uma eficiência de apenas cerca de 35%, a eficiência total da produção de hidrogênio por eletrólise da água em usinas nucleares é de apenas 30%.
A produção termoquímica de hidrogênio baseia-se no ciclo termoquímico, acoplando um reator nuclear a um dispositivo de produção de hidrogênio por ciclo termoquímico. Utiliza-se a alta temperatura fornecida pelo reator nuclear como fonte de calor, de modo que a água catalisa a decomposição térmica a temperaturas entre 800 °C e 1000 °C, produzindo hidrogênio e oxigênio. Comparada à produção eletrolítica de hidrogênio a partir da água, a produção termoquímica de hidrogênio apresenta maior eficiência, com expectativa de eficiência total superior a 50%, e custo inferior.
Data da publicação: 28/02/2023