การผลิตนิวเคลียร์ไฮโดรเจนคืออะไร?

การผลิตไฮโดรเจนด้วยนิวเคลียร์ได้รับการพิจารณาอย่างกว้างขวางว่าเป็นวิธีที่นิยมในการผลิตไฮโดรเจนในปริมาณมาก แต่ดูเหมือนว่าจะดำเนินไปอย่างช้าๆดังนั้นการผลิตนิวเคลียร์ไฮโดรเจนคืออะไร?

การผลิตไฮโดรเจนด้วยนิวเคลียร์ กล่าวคือ เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ควบคู่กับกระบวนการผลิตไฮโดรเจนขั้นสูง เพื่อการผลิตไฮโดรเจนจำนวนมากการผลิตไฮโดรเจนจากพลังงานนิวเคลียร์มีข้อดีคือไม่มีก๊าซเรือนกระจก มีน้ำเป็นวัตถุดิบ มีประสิทธิภาพสูงและมีปริมาณมาก ดังนั้นจึงเป็นทางออกที่สำคัญสำหรับการจัดหาไฮโดรเจนในปริมาณมากในอนาคตจากการประมาณการของ IAEA เครื่องปฏิกรณ์ขนาดเล็กขนาด 250MW สามารถผลิตไฮโดรเจนได้ 50 ตันต่อวันโดยใช้ปฏิกิริยานิวเคลียร์ที่อุณหภูมิสูง

หลักการของการผลิตไฮโดรเจนในพลังงานนิวเคลียร์คือการใช้ความร้อนที่เกิดจากเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์เป็นแหล่งพลังงานสำหรับการผลิตไฮโดรเจน และเพื่อให้เกิดการผลิตไฮโดรเจนในปริมาณมากอย่างมีประสิทธิภาพโดยการเลือกใช้เทคโนโลยีที่เหมาะสมและลดหรือขจัดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกแผนผังของการผลิตไฮโดรเจนจากพลังงานนิวเคลียร์แสดงอยู่ในรูป

มีหลายวิธีในการแปลงพลังงานนิวเคลียร์เป็นพลังงานไฮโดรเจน รวมถึงน้ำที่เป็นวัตถุดิบผ่านการอิเล็กโทรลิซิส วัฏจักรเทอร์โมเคมี การผลิตไฮโดรเจนด้วยไฟฟ้าด้วยไอน้ำที่อุณหภูมิสูง ไฮโดรเจนซัลไฟด์เป็นวัตถุดิบในการผลิตไฮโดรเจนที่แตกตัว ก๊าซธรรมชาติ ถ่านหิน ชีวมวลเป็นวัตถุดิบไฮโดรเจนไพโรไลซิส การผลิต ฯลฯเมื่อใช้น้ำเป็นวัตถุดิบ กระบวนการผลิตไฮโดรเจนทั้งหมดจะไม่ก่อให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ซึ่งสามารถกำจัดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกโดยทั่วไปได้การผลิตไฮโดรเจนจากแหล่งอื่นช่วยลดการปล่อยคาร์บอนเท่านั้นนอกจากนี้ การใช้น้ำนิวเคลียร์อิเล็กโทรลิซิสเป็นเพียงการผสมผสานง่ายๆ ของการผลิตไฟฟ้านิวเคลียร์และอิเล็กโทรลิซิสแบบดั้งเดิม ซึ่งยังคงเป็นของสาขาการผลิตไฟฟ้านิวเคลียร์ และโดยทั่วไปไม่ถือเป็นเทคโนโลยีการผลิตนิวเคลียร์ไฮโดรเจนที่แท้จริงดังนั้น วัฏจักรเทอร์โมเคมีที่มีน้ำเป็นวัตถุดิบ การใช้ความร้อนนิวเคลียร์ทั้งหมดหรือบางส่วน และการอิเล็กโทรไลซิสด้วยไอน้ำที่อุณหภูมิสูงจึงถือเป็นทิศทางในอนาคตของเทคโนโลยีการผลิตนิวเคลียร์ไฮโดรเจน

ในปัจจุบัน มีสองวิธีหลักในการผลิตไฮโดรเจนในพลังงานนิวเคลียร์: การผลิตไฮโดรเจนด้วยน้ำด้วยไฟฟ้าและการผลิตไฮโดรเจนด้วยความร้อน เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ให้พลังงานไฟฟ้าและพลังงานความร้อนตามลำดับสำหรับการผลิตไฮโดรเจนสองวิธีข้างต้น

การแยกน้ำด้วยไฟฟ้าเพื่อผลิตไฮโดรเจนคือการใช้พลังงานนิวเคลียร์เพื่อผลิตกระแสไฟฟ้า จากนั้นจึงผ่านอุปกรณ์อิเล็กโทรไลต์น้ำเพื่อย่อยสลายน้ำให้เป็นไฮโดรเจนการผลิตไฮโดรเจนด้วยน้ำอิเล็กโทรไลต์เป็นวิธีการผลิตไฮโดรเจนที่ค่อนข้างตรง แต่ประสิทธิภาพการผลิตไฮโดรเจนของวิธีนี้ (55% ~ 60%) นั้นต่ำ แม้ว่าเทคโนโลยีอิเล็กโทรไลซิสด้วยน้ำ SPE ที่ทันสมัยที่สุดจะถูกนำมาใช้ในสหรัฐอเมริกา ประสิทธิภาพอิเล็กโทรไลต์ เพิ่มขึ้นเป็น 90%แต่เนื่องจากปัจจุบันโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ส่วนใหญ่เปลี่ยนความร้อนเป็นไฟฟ้าที่ประสิทธิภาพประมาณ 35% เท่านั้น ประสิทธิภาพโดยรวมขั้นสุดท้ายของการผลิตไฮโดรเจนจากการแยกน้ำด้วยไฟฟ้าในพลังงานนิวเคลียร์จึงอยู่ที่ 30% เท่านั้น

การผลิตไฮโดรเจนเคมีเชิงความร้อนขึ้นอยู่กับวัฏจักรเคมีเชิงความร้อน เชื่อมต่อเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์กับอุปกรณ์ผลิตไฮโดรเจนในวงจรเคมีเชิงความร้อน โดยใช้อุณหภูมิสูงที่เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์จัดหาให้เป็นแหล่งความร้อน เพื่อให้น้ำเร่งปฏิกิริยาการสลายตัวด้วยความร้อนที่ 800â ถึง 1,000â เพื่อผลิตไฮโดรเจนและออกซิเจนเมื่อเทียบกับการผลิตไฮโดรเจนด้วยน้ำด้วยไฟฟ้า ประสิทธิภาพการผลิตไฮโดรเจนของเทอร์โมเคมีจะสูงกว่า ประสิทธิภาพโดยรวมคาดว่าจะมากกว่า 50% ต้นทุนต่ำกว่า