Ядерное производство водорода широко считается предпочтительным методом крупномасштабного производства водорода, но, похоже, прогресс в этой области идет медленно. Итак, что же такое ядерное производство водорода?
Производство водорода с использованием ядерной энергии, то есть ядерный реактор, соединенный с передовым процессом производства водорода, предназначен для массового производства водорода. Производство водорода с использованием ядерной энергии имеет преимущества отсутствия парниковых газов, использования воды в качестве сырья, высокой эффективности и больших масштабов, поэтому это важное решение для крупномасштабного обеспечения водородом в будущем. По оценкам МАГАТЭ, небольшой реактор мощностью 250 МВт может производить 50 тонн водорода в сутки, используя высокотемпературные ядерные реакции.
Принцип производства водорода с использованием ядерной энергии заключается в использовании тепла, выделяемого ядерным реактором, в качестве источника энергии для производства водорода, а также в обеспечении эффективного и крупномасштабного производства водорода путем выбора соответствующих технологий. Это позволяет сократить или даже полностью исключить выбросы парниковых газов. Схема производства водорода с использованием ядерной энергии показана на рисунке.
Существует множество способов преобразования ядерной энергии в водородную, включая использование воды в качестве сырья посредством электролиза, термохимический цикл, высокотемпературный паровой электролиз для производства водорода, крекинг-производство водорода из сероводорода в качестве сырья, пиролиз-производство водорода из природного газа, угля, биомассы и т.д. При использовании воды в качестве сырья весь процесс производства водорода не производит CO₂, что практически исключает выбросы парниковых газов; производство водорода из других источников лишь снижает выбросы углерода. Кроме того, использование воды, полученной методом ядерного электролиза, представляет собой лишь простое сочетание атомной энергетики и традиционного электролиза, что по-прежнему относится к области атомной энергетики и, как правило, не рассматривается как истинная технология ядерного производства водорода. Поэтому термохимический цикл с использованием воды в качестве сырья, полное или частичное использование ядерного тепла и высокотемпературный паровой электролиз считаются перспективным направлением развития технологий ядерного производства водорода.
В настоящее время существует два основных способа производства водорода в ядерной энергетике: электролитическое производство водорода из воды и термохимическое производство водорода. Ядерные реакторы обеспечивают электрическую и тепловую энергию соответственно для обоих способов производства водорода.
Электролиз воды для получения водорода заключается в использовании ядерной энергии для выработки электроэнергии, а затем в разложении воды на водород с помощью электролитического устройства. Производство водорода методом электролиза воды является относительно прямым методом, однако эффективность этого метода (55% ~ 60%) низка. Даже при внедрении самых передовых технологий электролиза воды с использованием твердофазных электролизных установок (SPE), применяемых в США, эффективность электролиза повышается до 90%. Но поскольку большинство атомных электростанций в настоящее время преобразуют тепло в электричество лишь с эффективностью около 35%, конечная общая эффективность производства водорода методом электролиза воды на атомных электростанциях составляет всего 30%.
Термохимическое производство водорода основано на термохимическом цикле, в котором ядерный реактор соединен с устройством для производства водорода методом термохимического цикла. В качестве источника тепла используется высокая температура, обеспечиваемая ядерным реактором, благодаря чему вода подвергается термическому разложению при температуре от 800 до 1000 ℃, в результате чего образуются водород и кислород. По сравнению с электролитическим производством водорода из воды, эффективность термохимического производства водорода выше, ожидается, что общая эффективность достигнет более 50%, а стоимость будет ниже.
Дата публикации: 28 февраля 2023 г.