Що таке ядерне виробництво водню?

Виробництво ядерного водню широко вважається кращим методом для великомасштабного виробництва водню, але, здається, воно просувається повільно. Отже, що таке ядерне виробництво водню?

Виробництво ядерного водню, тобто ядерний реактор у поєднанні з передовим процесом виробництва водню, для масового виробництва водню. Виробництво водню з ядерної енергії має переваги відсутності парникових газів, води як сировини, високої ефективності та великомасштабності, тому це важливе рішення для великомасштабного постачання водню в майбутньому. За оцінками МАГАТЕ, невеликий реактор потужністю 250 МВт може виробляти 50 тонн водню на день за допомогою високотемпературних ядерних реакцій.

Принцип виробництва водню в ядерній енергетиці полягає у використанні тепла, що генерується ядерним реактором, як джерела енергії для виробництва водню, а також у реалізації ефективного та масштабного виробництва водню шляхом вибору відповідної технології. А також у зменшенні або навіть усуненні викидів парникових газів. Схема виробництва водню з ядерної енергії показана на рисунку.

Існує багато способів перетворення ядерної енергії на водневу, включаючи воду як сировину шляхом електролізу, термохімічний цикл, виробництво водню методом високотемпературного парового електролізу, сірководень як сировину для крекінгу водню, природний газ, вугілля, біомаса як сировину для піролізу водню тощо. При використанні води як сировини весь процес виробництва водню не утворює CO₂, що може фактично усунути викиди парникових газів; виробництво водню з інших джерел лише зменшує викиди вуглецю. Крім того, використання води для ядерного електролізу – це просто поєднання виробництва ядерної енергії та традиційного електролізу, який все ще належить до галузі виробництва ядерної енергії та загалом не вважається справжньою ядерною технологією виробництва водню. Тому термохімічний цикл з водою як сировиною, повне або часткове використання ядерного тепла та високотемпературний паровий електроліз вважаються майбутнім напрямком технології виробництва ядерного водню.

Наразі існує два основних способи виробництва водню в ядерній енергетиці: електролітичне виробництво водню з води та термохімічне виробництво водню. Ядерні реактори забезпечують електроенергію та теплову енергію відповідно для двох вищезгаданих способів виробництва водню.

Електроліз води для отримання водню полягає у використанні ядерної енергії для вироблення електроенергії, а потім за допомогою водорозчинного електролізного пристрою розкладає воду на водень. Виробництво водню за допомогою електролізу води є відносно прямим методом виробництва водню, але ефективність виробництва водню цим методом (55% ~ 60%) є низькою, навіть якщо в Сполучених Штатах буде впроваджено найсучаснішу технологію електролізу води SPE, ефективність електролізу зросте до 90%. Але оскільки більшість атомних електростанцій наразі перетворюють тепло на електроенергію лише з ефективністю близько 35%, кінцевий загальний ККД виробництва водню з електролізу води в ядерній енергетиці становить лише 30%.

Термохімічне виробництво водню базується на термохімічному циклі, поєднанні ядерного реактора з термохімічним циклічним пристроєм для виробництва водню, використовуючи високу температуру, що забезпечується ядерним реактором, як джерело тепла, завдяки чому вода каталізує термічний розклад при температурі від 800℃ до 1000℃, утворюючи водень та кисень. Порівняно з електролітичним виробництвом водню з води, ефективність термохімічного виробництва водню вища, очікується, що загальний ККД сягне понад 50%, а собівартість нижча.