Was ist nukleare Wasserstofferzeugung?

Die nukleare Wasserstoffproduktion wird allgemein als bevorzugte Methode für die großtechnische Wasserstoffproduktion angesehen, scheint jedoch nur langsam voranzukommen.Was ist also die nukleare Wasserstoffproduktion?

Nukleare Wasserstoffproduktion, d. h. ein Kernreaktor, der mit einem fortschrittlichen Wasserstoffproduktionsprozess gekoppelt ist, für die Massenproduktion von Wasserstoff.Die Wasserstoffproduktion aus Kernenergie hat die Vorteile von keinen Treibhausgasen, Wasser als Rohstoff, hoher Effizienz und großem Maßstab, daher ist sie eine wichtige Lösung für die Wasserstoffversorgung im großen Maßstab in der Zukunft.Nach Schätzungen der IAEO kann ein kleiner 250-MW-Reaktor durch Hochtemperatur-Kernreaktionen 50 Tonnen Wasserstoff pro Tag produzieren.

Das Prinzip der Wasserstofferzeugung in der Kernenergie besteht darin, die vom Kernreaktor erzeugte Wärme als Energiequelle für die Wasserstofferzeugung zu nutzen und durch Auswahl geeigneter Technologien eine effiziente und großtechnische Wasserstofferzeugung zu realisieren.Und Treibhausgasemissionen reduzieren oder sogar eliminieren.Das schematische Diagramm der Wasserstofferzeugung aus Kernenergie ist in der Abbildung dargestellt.

Es gibt viele Möglichkeiten, Kernenergie in Wasserstoffenergie umzuwandeln, einschließlich Wasser als Rohstoff durch Elektrolyse, thermochemischen Zyklus, Hochtemperatur-Dampfelektrolyse-Wasserstoffproduktion, Schwefelwasserstoff als Rohstoff, Cracking-Wasserstoffproduktion, Erdgas, Kohle, Biomasse als Rohstoffe, Pyrolyse-Wasserstoff Produktion usw.Bei der Verwendung von Wasser als Rohstoff entsteht bei der gesamten Wasserstoffproduktion kein CO₂, wodurch Treibhausgasemissionen grundsätzlich vermieden werden können;Die Herstellung von Wasserstoff aus anderen Quellen reduziert nur die CO2-Emissionen.Darüber hinaus ist die Nutzung von Kernelektrolysewasser nur eine einfache Kombination aus Kernenergieerzeugung und traditioneller Elektrolyse, die immer noch zum Bereich der Kernenergieerzeugung gehört und im Allgemeinen nicht als echte nukleare Wasserstofferzeugungstechnologie angesehen wird.Daher werden der thermochemische Kreislauf mit Wasser als Rohstoff, die vollständige oder teilweise Nutzung von Kernwärme und die Hochtemperatur-Dampfelektrolyse als die zukünftige Richtung der nuklearen Wasserstofferzeugungstechnologie angesehen.

Gegenwärtig gibt es zwei Hauptwege der Wasserstofferzeugung in der Kernenergie: die elektrolytische Wasserwasserstofferzeugung und die thermochemische Wasserstofferzeugung. Kernreaktoren liefern elektrische Energie bzw. Wärmeenergie für die beiden oben genannten Arten der Wasserstofferzeugung.

Die Elektrolyse von Wasser zur Herstellung von Wasserstoff besteht darin, Kernenergie zur Stromerzeugung zu nutzen und dann durch die Wasserelektrolysevorrichtung Wasser in Wasserstoff zu zerlegen.Die Wasserstoffproduktion durch elektrolytisches Wasser ist eine relativ direkte Wasserstoffproduktionsmethode, aber die Wasserstoffproduktionseffizienz dieser Methode (55 % ~ 60 %) ist gering, selbst wenn die fortschrittlichste SPE-Wasserelektrolysetechnologie in den Vereinigten Staaten übernommen wird, die elektrolytische Effizienz wird auf 90 % erhöht.Da aber die meisten Kernkraftwerke derzeit Wärme nur mit einem Wirkungsgrad von etwa 35 % in Strom umwandeln, beträgt der endgültige Gesamtwirkungsgrad der Wasserstofferzeugung aus der Wasserelektrolyse in der Kernenergie nur 30 %.

Die thermisch-chemische Wasserstoffproduktion basiert auf einem thermisch-chemischen Kreislauf, bei dem ein Kernreaktor mit einem thermisch-chemischen Kreislauf-Wasserstofferzeugungsgerät gekoppelt wird, wobei die vom Kernreaktor bereitgestellte hohe Temperatur als Wärmequelle genutzt wird, sodass Wasser die thermische Zersetzung bei 800 °C katalysiert bis 1000 , um Wasserstoff und Sauerstoff zu produzieren.Im Vergleich zur elektrolytischen Wasserwasserstoffproduktion ist die thermochemische Wasserstoffproduktionseffizienz höher, die Gesamteffizienz wird voraussichtlich mehr als 50% erreichen, die Kosten sind niedriger.