كيف يمكن للمفاعلات النووية أن تسهم إلى إنتاج الهيدروجين من أجل النظيف الوقود

2 - التحليل الرئوي العالي التناسلي

ويستخدم البخار كمواد وسيطة بدلا من الماء السائل، ويتطلب هذا التحول درجة حرارة تبلغ 700 درجة مئوية - 900 درجة مئوية، يمكن أن توفرها المفاعلات النووية المتقدمة، وبتوفير جزء من الطاقة كهدف حرارة بدلا من الكهرباء، يمكن أن تحقق كفاءة الإنتاج الكلية فوق نسبة 90 في المائة (على أساس انخفاض قيمة المفاعلات).

المزايا الرئيسية للمبادرة:

• انخفاض الطلب على الطاقة الكهربائية بنسبة تصل إلى 30 في المائة مقارنة بالهيكل الكهربائي التقليدي.
• :: إمكانية العمل في الاتجاه المعاكس كخلية وقود (خلية وقود أكسيد الوليد) لتوليد الطاقة.
• التوافق مع تصميمات المفاعلات الجيل القادم التي تعمل في درجات حرارة عالية.

وتشهد شبكة المعلومات الإدارية الخاصة حالياً مرحلة العرض والتجربة، حيث تهدف عدة مشاريع في جميع أنحاء العالم إلى إثبات قدرتها على البقاء تجارياً.

3 - دورة المياه الحرارية الكيميائية

وتستخدم دورات الحرارة الحرارية الكيميائية الحرارة العالية الحرارة لدفع سلسلة من ردود الفعل الكيميائية التي تقسم في نهاية المطاف المياه إلى الهيدروجين والأكسجين، ولا يلزم توفير أي كهرباء في العملية الأولية، رغم أن المضخات والنظم المساعدة قد تحتاج إلى بعض الطاقة، ويمكن لهذه الدورات أن تحقق نظرياً كفاءة عالية جداً لأنها تتجنب أوجه عدم الكفاءة الحرارية المرتبطة بتحويل الحرارة إلى الكهرباء.

وتشمل أكثر الدورات دراسة ما يلي:

• Sulfur-Iodine (S-I) cycle] - Operates at around 850°C using iodine and sulfur dioxide. It has been demonstrated at laboratory and pilot scales but still faces materials corrosion challenges.
• Hybrid Sulfur (HyS) cycle] - Combines a thermochemical step with an electrochemical one. It requires slightly lower temperatures (800°C) than the S-I cycle.
• Copper-Chlorine (Cu-Cl) cycle] - دورة درجة حرارة أدنى (500 درجة مئوية -600 درجة مئوية) يجري تطويرها للتوزيع مع الأنواع الحالية من وحدات الكميات المفاعلة وغيرها من أنواع المفاعلات.

وتوفر الدورات الكيميائية الحرارية الوعد بإنتاج الهيدروجين على نطاق واسع جداً وبكفاءة عالية، ولكنها لا تزال بعيدة عن الانتشار التجاري بعد سنوات عديدة، ولا تزال المواد التي يمكن أن تصمد أمام البيئة الكيميائية التآكلية عند درجات الحرارة العالية تشكل محور التركيز الرئيسي على التنمية المستدامة.

4 - إصلاح الميثان المُطهَرَّد نوويا (مهجَّرة Low-Carbon)

وثمة نهج آخر يتمثل في استخدام الحرارة النووية لتوفير الطاقة اللازمة لإصلاح البخار الميثان، مع استخلاص المنتج الثانوي لثاني أكسيد الكربون، ويمكن لهذا النهج الهجين أن يقلل من البصمة الكربونية للهياكل الأساسية الحالية لإنتاج الهيدروجين، ومع أن هذه الطريقة لا تزال تجسد بعض ثاني أكسيد الكربون (إذا لم يكن مقترناً باحتجاز الكربون وتخزينه)، فإنه يمكن أن يقل كثيراً الانبعاثات مقارنة بالإصلاح التقليدي، إذ أن بعض المحللين يعتبرون هذه التكنولوجيا ذات تكلفة انتقالية حتى الآن (ال).

ألف - مزايا إنتاج الهيدروجين النووي

صفر انبعاثات الكربون في نقطة الإنتاج

وعندما يوفر المفاعل النووي الطاقة، تكون عملية إنتاج الهيدروجين خالية من الانبعاثات، وهذا يدعم مباشرة الأهداف التي حددها اتفاق باريس والخطط الوطنية للزئبق الصافي، ويمكن لمفاعل نووي واحد من نوع GWe يعمل في مجال توليد الطاقة المشتركة أن ينتج ما يكفي من الهيدروجين ليحل محل الاستهلاك السنوي للديزل الذي يبلغ نحو 000 400 شاحنة ثقيلة الثمن، مما يخفض ملايين الأطنان من ثاني أكسيد الكربون كل سنة.

الكفاءة العالية من خلال توليد الطاقة

والنباتات النووية هي آلات حرارية؛ وحتى في أفضل التصميمات، يتحول ثلث حرارة المفاعل إلى الكهرباء، ويرفض الباقي إلى البيئة، ومن خلال إعادة توجيه الحرارة المرفوضة إلى وحدة إنتاج الهيدروجين، يمكن أن يتجاوز استخدام الطاقة عموما 90 في المائة، ويزيد هذا المفهوم من القيمة المستمدة من كل من معدن وقود اليورانيوم ويحسن اقتصاديات النباتات.

النواتج المستمرة والموثوق بها

والطلب على الهيدروجين من المستهلكين الصناعيين (مثل إنتاج الأمونيا، وصنع الصلب، والتكرير) ثابت وكبير، ولا يمكن للمصادر المتجددة المتقطعة أن تضمن إمدادات الهيدروجين 24/7 دون تخزين طاقة هائلة، فالمفاعلات النووية توفر طاقة التحميل الأساسي والحرارة التي يحتاج إليها المستعملون الصناعيون، مما يتيح سلسلة إمدادات الهيدروجينات المرنة.

أمن الطاقة واستقلالها

ويمكن للبلدان التي لديها موارد من اليورانيوم المحلي أو تكنولوجيا نووية متقدمة أن تقلل من اعتمادها على النفط والغاز الطبيعي المستوردين، ويمكن استخدام الهيدروجين النووي لإنتاج الوقود التركيبي (الوقود الإلكتروني) للطيران والشحن، وزيادة تنويع مزيج الطاقة وحفز الاقتصادات من صدمات الإمداد الجيوسياسية.

المرونة والثبات

والمفاعلات النموذجية الصغيرة والمفاعلات المتقدمة مصممة بحيث تكون مبنية للمصانع وموقعة بالقرب من مستعملي الهيدروجين الصناعيين، مما يقلل من الحاجة إلى البنية التحتية للنقل الهيدروجيني البعيد المدى، وفي المستقبل يمكن أن تكون المفاعلات النووية مشتركة مع محطات إعادة وقود الهيدروجين أو محطات الأمونيا أو مطاحن الصلب، مما يخلق محاور متكاملة للطاقة النظيفة.

التحديات والنظر في المسألة

التكاليف الرأسمالية والقابلية للتأثر الاقتصادي

وترتفع التكلفة الأولية لبناء مفاعل نووي، وغالبا ما تبلغ بلايين الدولارات، ويضيف إنتاج الهيدروجين رأسمالا إضافيا للكهرباء، ومبادلات الحرارة، ومعدات التجهيز الكيميائي، ولكي تكون الهيدروجين النووي قادرة على المنافسة مع الهيدروجين من الغاز الطبيعي (وهي حاليا 1 إلى 2 دولار لكل كيلوغرام) أو من مصادر الطاقة المتجددة ذات الكهرباء الرخيصة، يلزم إجراء تخفيضات كبيرة في التكاليف، غير أن أسعار الكربون الضيقة والأرصدة الضريبية (مثلا).

السلامة والتنظيم

فالمفاعلات النووية تخضع لضوابط شديدة، وأي تعديل في مصنع (مثل إضافة وحدة إنتاج الهيدروجين) يتطلب إجراء استعراضات دقيقة للسلامة، كما أن الهيدروجين نفسه قابل للاشتعال ومتقلب، ويتطلب نظما قوية للسلامة، ولا تزال الأطر التنظيمية لتوليد ال الهيدروجين النووي آخذة في التطور، مما يمكن أن يبطئ النشر، وبالإضافة إلى ذلك، فإن القبول العام للطاقة النووية يختلف حسب المنطقة، وكثيرا ما يؤثر على الحوادث التاريخية وشواغل إدارة النفايات.

النضج التكنولوجي للطرق المتقدمة

وفي حين أن التحلل الكهربائي المنخفض الحرارة بالغ، فإن التحلل الكهرومغناطيسي العالي الحرارة والدورات الكيميائية الحرارية في مراحل مبكرة من التطور، والمواد التي يمكن أن تصمد في بيئة التآكل والارتفاع في الحرارة في المفاعلات الحرارية باهظة الثمن ولديها عمر محدود، وبدون محطات بيانية تعمل على نطاق تجاري، يظل المستثمرون حذرين.

الشواغل المتعلقة بالنفايات النووية والانتشار

كما أن توسيع نطاق الأسطول النووي لإنتاج الهيدروجين سيزيد من حجم الوقود النووي المستهلك الذي يجب إدارته بأمان لآلاف السنين، وعلاوة على ذلك، فإن بعض تصميمات المفاعلات المتقدمة تستخدم الوقود أو المبردات (مثل الملح المستنقع) التي تثير شواغل الانتشار، ومعالجة هذه المسائل أمر أساسي للدعم العام والسياسي الطويل الأجل.

استهلاك المياه

ويستهلك إنتاج الهيدروجين عن طريق التحلل الكهربائي المياه )حوالي ٩ إلى ١٠ لترات من المياه لكل كيلوغرام من الهيدروجين( وفي حين أن هذه المياه يمكن إدارتها في معظم المناطق، فإن مناطق نسر المياه قد تواجه قيودا، وبالإضافة إلى ذلك، تتطلب النباتات النووية مياهاً مبردة؛ ويمكن الجمع بين كل منهما أن يضغط على موارد المياه المحلية، ويمكن أن تؤدي تكنولوجيات التحلل أو التبريد الجاف إلى تخفيف هذه القيود، بل إلى إضافة التكاليف.

المشاريع ومبادرات البحوث الحالية