Ядерное производство водорода широко рассматривается как предпочтительный метод для крупномасштабного производства водорода, но, похоже, оно развивается медленно. Итак, что такое ядерное производство водорода?
Ядерное производство водорода, то есть ядерный реактор в сочетании с передовым процессом производства водорода, для массового производства водорода. Производство водорода из ядерной энергии имеет такие преимущества, как отсутствие парниковых газов, вода в качестве сырья, высокая эффективность и большой масштаб, поэтому это важное решение для крупномасштабного производства водорода в будущем. По оценкам МАГАТЭ, небольшой реактор мощностью 250 МВт может производить 50 тонн водорода в день с использованием высокотемпературных ядерных реакций.
Принцип производства водорода в ядерной энергетике заключается в использовании тепла, вырабатываемого ядерным реактором, в качестве источника энергии для производства водорода, а также в реализации эффективного и крупномасштабного производства водорода путем выбора соответствующей технологии. И сокращения или даже устранения выбросов парниковых газов. Принципиальная схема производства водорода из ядерной энергии представлена на рисунке.
Существует много способов преобразования ядерной энергии в водородную энергию, включая воду в качестве сырья посредством электролиза, термохимического цикла, высокотемпературного электролиза пара для производства водорода, сероводорода в качестве сырья для крекинга производства водорода, природного газа, угля, биомассы в качестве сырья для пиролиза производства водорода и т. д. При использовании воды в качестве сырья весь процесс производства водорода не производит CO₂, что может в основном исключить выбросы парниковых газов; производство водорода из других источников только снижает выбросы углерода. Кроме того, использование ядерной электролизной воды является всего лишь простым сочетанием ядерной энергетики и традиционного электролиза, которое все еще относится к области ядерной энергетики и, как правило, не рассматривается как настоящая технология ядерного производства водорода. Поэтому термохимический цикл с водой в качестве сырья, полное или частичное использование ядерного тепла и высокотемпературный электролиз пара считаются представляющими будущее направление технологии ядерного производства водорода.
В настоящее время в ядерной энергетике существуют два основных способа получения водорода: электролитическое получение водорода из воды и термохимическое получение водорода. Ядерные реакторы обеспечивают электроэнергию и тепловую энергию соответственно для двух вышеуказанных способов получения водорода.
Электролиз воды для получения водорода заключается в использовании ядерной энергии для выработки электроэнергии, а затем через водоэлектролитическое устройство для разложения воды на водород. Производство водорода с помощью электролитической воды является относительно прямым методом производства водорода, но эффективность производства водорода этим методом (55% ~ 60%) низкая, даже если в Соединенных Штатах будет принята самая передовая технология электролиза воды SPE, электролитическая эффективность увеличится до 90%. Но поскольку большинство атомных электростанций в настоящее время преобразуют тепло в электричество только с эффективностью около 35%, окончательная общая эффективность производства водорода из электролиза воды в ядерной энергетике составляет всего 30%.
Термохимическое производство водорода основано на термохимическом цикле, соединяющем ядерный реактор с устройством для производства водорода термохимического цикла, используя высокую температуру, обеспечиваемую ядерным реактором в качестве источника тепла, так что вода катализирует термическое разложение при температуре от 800℃ до 1000℃, чтобы производить 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 ниже.
Время публикации: 28 февр. 2023 г.