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 a produção de hidrogênio nuclear?
Produção de hidrogênio nuclear, ou seja, um reator nuclear acoplado a um processo avançado de produção de hidrogênio, para produção em massa de hidrogênio. A produção de hidrogênio a partir da energia nuclear tem as vantagens de não gerar gases de efeito estufa, utilizar água como matéria-prima, ser altamente eficiente e ter grande escala, sendo uma solução importante para o fornecimento de hidrogênio em larga escala no futuro. De acordo com estimativas da AIEA, um pequeno reator de 250 MW pode produzir 50 toneladas de hidrogênio por dia usando reações nucleares de alta temperatura.
O princípio da produção de hidrogênio em energia nuclear é utilizar o calor gerado pelo reator nuclear como fonte de energia para a produção de hidrogênio e, com a seleção da tecnologia apropriada, alcançar uma produção eficiente e em larga escala de hidrogênio. E, consequentemente, reduzir ou até mesmo eliminar 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 água como matéria-prima por meio de eletrólise, ciclo termoquímico, produção de hidrogênio por eletrólise a vapor de alta temperatura, sulfeto de hidrogênio como matéria-prima, produção de hidrogênio por craqueamento, gás natural, carvão, biomassa como matéria-prima, produção de hidrogênio por pirólise, etc. Ao usar água como matéria-prima, todo o processo de produção de hidrogênio não produz CO₂, o que pode basicamente eliminar as emissões de gases de efeito estufa; a produção de hidrogênio de outras fontes apenas reduz as emissões de carbono. Além disso, o uso de água de eletrólise nuclear é apenas uma combinação simples de geração de energia nuclear e eletrólise tradicional, que ainda pertence ao campo da geração de energia nuclear e geralmente não é considerada uma verdadeira tecnologia de produção de hidrogênio nuclear. Portanto, o ciclo termoquímico com água como matéria-prima, o uso total ou parcial de calor nuclear e a eletrólise a vapor de alta temperatura são considerados como representando a direção futura da tecnologia de produção de hidrogênio nuclear.
Atualmente, existem duas formas principais de produção de hidrogênio na energia nuclear: a produção de hidrogênio eletrolítico a partir da água e a produção termoquímica de hidrogênio. Os reatores nucleares fornecem energia elétrica e energia térmica, respectivamente, para as duas formas de produção de hidrogênio mencionadas.
A eletrólise da água para produzir hidrogênio consiste em usar energia nuclear para gerar eletricidade e, em seguida, decompor a água em hidrogênio por meio de um dispositivo eletrolítico. A produção de hidrogênio por meio da eletrólise da água é um método relativamente direto, mas a eficiência de produção de hidrogênio desse método (55% a 60%) é baixa. Mesmo com a adoção da tecnologia de eletrólise de água SPE mais avançada nos Estados Unidos, a eficiência eletrolítica aumenta para 90%. No entanto, como a maioria das usinas nucleares atualmente converte calor em eletricidade com uma eficiência de cerca de 35%, a eficiência total final da produção de hidrogênio a partir da eletrólise da água em energia nuclear é de apenas 30%.
A produção de hidrogênio termoquímico baseia-se no ciclo termoquímico, acoplando um reator nuclear a um dispositivo de produção de hidrogênio em ciclo termoquímico, utilizando a alta temperatura fornecida pelo reator nuclear como fonte de calor, de modo que a água catalise a decomposição térmica de 800°C a 1000°C, produzindo hidrogênio e oxigênio. Comparada à produção de hidrogênio por água eletrolítica, a eficiência da produção de hidrogênio termoquímico é maior, com uma eficiência total estimada em mais de 50% e um custo menor.
Data de publicação: 28 de fevereiro de 2023