Kaj je proizvodnja jedrskega vodika?

Proizvodnja jedrskega vodika na splošno velja za najprimernejšo metodo za proizvodnjo vodika v velikem obsegu, vendar se zdi, da napreduje počasi. Kaj torej je proizvodnja jedrskega vodika?

Proizvodnja jedrskega vodika, torej jedrski reaktor, povezan z naprednim postopkom proizvodnje vodika, za množično proizvodnjo vodika. Proizvodnja vodika iz jedrske energije ima prednosti odsotnost toplogrednih plinov, vode kot surovine, visoke učinkovitosti in velikega obsega, zato je pomembna rešitev za obsežno oskrbo z vodikom v prihodnosti. Po ocenah IAEA lahko majhen reaktor z močjo 250 MW proizvede 50 ton vodika na dan z uporabo visokotemperaturnih jedrskih reakcij.

Načelo proizvodnje vodika v jedrski energiji je uporaba toplote, ki jo ustvarja jedrski reaktor, kot vira energije za proizvodnjo vodika ter doseganje učinkovite in obsežne proizvodnje vodika z izbiro ustrezne tehnologije ter zmanjšanje ali celo odprava emisij toplogrednih plinov. Shematski diagram proizvodnje vodika iz jedrske energije je prikazan na sliki.

Obstaja veliko načinov za pretvorbo jedrske energije v vodikovo energijo, vključno z vodo kot surovino z elektrolizo, termokemičnim ciklom, visokotemperaturno parno elektrolizo za proizvodnjo vodika, vodikovim sulfidom kot surovino za kreking, zemeljskim plinom, premogom, biomaso kot surovino za proizvodnjo vodika s pirolizo itd. Pri uporabi vode kot surovine celoten proces proizvodnje vodika ne proizvaja CO₂, kar lahko v bistvu odpravi emisije toplogrednih plinov; proizvodnja vodika iz drugih virov le zmanjša emisije ogljika. Poleg tega je uporaba vode pri jedrski elektrolizi le preprosta kombinacija proizvodnje jedrske energije in tradicionalne elektrolize, ki še vedno spada na področje proizvodnje jedrske energije in se na splošno ne šteje za pravo tehnologijo za proizvodnjo jedrskega vodika. Zato veljajo termokemični cikel z vodo kot surovino, popolna ali delna uporaba jedrske toplote in visokotemperaturna parna elektroliza za prihodnjo smer tehnologije proizvodnje jedrskega vodika.

Trenutno obstajata dva glavna načina proizvodnje vodika v jedrski energiji: elektrolitska proizvodnja vodnega vodika in termokemična proizvodnja vodika. Jedrski reaktorji zagotavljajo električno energijo oziroma toplotno energijo za zgoraj omenjena dva načina proizvodnje vodika.

Elektroliza vode za proizvodnjo vodika pomeni uporabo jedrske energije za proizvodnjo električne energije, nato pa se voda s pomočjo naprave za elektrolizo vode razgradi v vodik. Proizvodnja vodika z elektrolizo vode je relativno neposredna metoda za proizvodnjo vodika, vendar je učinkovitost proizvodnje vodika pri tej metodi (55 % ~ 60 %) nizka. Tudi če se v Združenih državah Amerike uvede najnaprednejša tehnologija elektrolize vode SPE, se učinkovitost elektrolize poveča na 90 %. Ker pa večina jedrskih elektrarn trenutno pretvarja toploto v elektriko le z učinkovitostjo okoli 35 %, je končna skupna učinkovitost proizvodnje vodika iz elektrolize vode v jedrski energiji le 30 %.

Termokemična proizvodnja vodika temelji na termokemičnem ciklu, pri katerem je jedrski reaktor povezan z napravo za termokemični cikel proizvodnje vodika, pri čemer se visoka temperatura, ki jo zagotavlja jedrski reaktor, uporablja kot vir toplote, tako da voda katalizira termično razgradnjo pri 800 ℃ do 1000 ℃, s čimer se proizvajata vodik in kisik. V primerjavi z elektrolitsko proizvodnjo vodika iz vode je učinkovitost termokemične proizvodnje vodika višja, skupna učinkovitost naj bi dosegla več kot 50 %, stroški pa so nižji.