Vad är kärnvätgasproduktion?

Kärnvätgasproduktion anses allmänt vara den föredragna metoden för storskalig vätgasproduktion, men det verkar gå långsamt. Så, vad är kärnvätgasproduktion?

Kärnkraftsproduktion av vätgas, det vill säga en kärnreaktor i kombination med en avancerad vätgasproduktionsprocess, för massproduktion av vätgas. Vätgasproduktion från kärnenergi har fördelarna att den inte har några växthusgaser, att den har vatten som råmaterial, är hög effektivitet och storskalig, så det är en viktig lösning för storskalig vätgasförsörjning i framtiden. Enligt IAEA:s uppskattningar kan en liten reaktor på 250 MW producera 50 ton vätgas per dag med hjälp av högtemperaturkärnreaktioner.

Principen för vätgasproduktion inom kärnenergi är att använda den värme som genereras av kärnreaktorn som energikälla för vätgasproduktion, och att realisera effektiv och storskalig vätgasproduktion genom att välja lämplig teknik. Och att minska eller till och med eliminera utsläppen av växthusgaser. Det schematiska diagrammet för vätgasproduktion från kärnenergi visas i figuren.

Det finns många sätt att omvandla kärnenergi till vätgasenergi, inklusive vatten som råmaterial genom elektrolys, termokemisk cykel, högtemperaturångelektrolys, väteproduktion, vätesulfid som råmaterial, krackning av väteproduktion, naturgas, kol, biomassa som råmaterial, pyrolys, väteproduktion etc. När vatten används som råmaterial producerar inte hela väteproduktionsprocessen CO₂, vilket i princip kan eliminera utsläppen av växthusgaser. Att producera väte från andra källor minskar endast koldioxidutsläppen. Dessutom är användningen av kärnelektrolysvatten bara en enkel kombination av kärnkraftproduktion och traditionell elektrolys, som fortfarande tillhör kärnkraftproduktionsområdet och i allmänhet inte betraktas som en sann kärnkraftsteknik för väteproduktion. Därför anses den termokemiska cykeln med vatten som råmaterial, fullständig eller partiell användning av kärnvärme och högtemperaturångelektrolys representera den framtida inriktningen för kärnkraftsteknik för väteproduktion.

För närvarande finns det två huvudsakliga sätt att producera vätgas inom kärnenergi: elektrolytisk vattenproduktion med vätgas och termokemisk vätgasproduktion. Kärnreaktorer tillhandahåller elektrisk energi respektive värmeenergi för de två ovanstående sätten att producera vätgas.

Elektrolys av vatten för att producera väte innebär att man använder kärnenergi för att generera elektricitet, och sedan genom en vattenelektrolytisk anordning bryter ner vatten till väte. Väteproduktion med elektrolytiskt vatten är en relativt direkt väteproduktionsmetod, men väteproduktionseffektiviteten för denna metod (55 % ~ 60 %) är låg, och även om den mest avancerade SPE-vattenelektrolystekniken används i USA ökar elektrolyteffektiviteten till 90 %. Men eftersom de flesta kärnkraftverk för närvarande bara omvandlar värme till elektricitet med cirka 35 % effektivitet, är den slutliga totala effektiviteten för väteproduktion från vattenelektrolys inom kärnenergi endast 30 %.

Termisk-kemisk vätgasproduktion baseras på en termisk-kemisk cykel, där en kärnreaktor kopplas till en termisk-kemisk cykelbaserad vätgasproduktionsanordning. Den höga temperaturen från kärnreaktorn används som värmekälla, så att vatten katalyserar termisk nedbrytning vid 800℃ till 1000℃ för att producera vätgas och syre. Jämfört med elektrolytisk vattenbaserad vätgasproduktion är effektiviteten vid termisk-kemisk vätgasproduktion högre, den totala effektiviteten förväntas nå mer än 50 % och kostnaden är lägre.