כיצד מגיבים גרעיניים יכולים לגרוף לייצור מימן

מבוא: הבטחת הדלק הנקי של מימן מוגן

הידרוגן מתפתח במהירות כאבן הפינה של אסטרטגיות של פחמן גלובליות.כאשר נעשה שימוש כדלק, המוצר היחיד שלה הוא מים אדפור, מה שהופך אותו תחליף אידיאלי עבור דלקים מאובנים במגזרים קשים אלקטרוניים כגון תעשייה כבדה, תחבורה לטווח ארוך, ודור חשמל מתמשך, עם זאת, היתרון הסביבתי של מימן מצעים לחלוטין על איך זה מיוצר היום, רוב מימן נגזר טבעי גזי מימן באמצעות רזולוציה גבוהה של פחמן לטווח ארוך, יש צורך לייצר פחמן לטווח ארוך של אנרגיה מתחדשת, כדי לספק את כל רזולוציה גבוהה של פחמן לטווח ארוך, 000 יעיל של אנרגיה מתחדשת, 000 יעיל של פחמן לטווח ארוך, 000 יעיל.

מדוע מגיבים גרעיניים הם ייחודיים להפקה של מימן

תחנות כוח גרעיניות מספקות מקור אנרגיה יציב, בסיס, שאינו תלוי בתנאי מזג אוויר.בניגוד לשמש או רוח, אשר מתנוסד עם השמש והרוח, כור גרעיני יכול לפעול במלוא יכולתה של יותר מ-90% מהזמן.אמינות זו קריטית עבור מתקני ייצור מימן, הדורשים אספקת אנרגיה קבועה וחיזוי כדי למקסם את היעילות ולצמצם עלויות.

יתר על כן, כור גרעיני מתקדם מסוגל לספק חום בתהליך בטמפרטורות החל מ-300 מעלות צלזיוס ליותר מ 950 מעלות צלזיוס.חום עתירי זה הוא תנאי מוקדם עבור מחזורי ייצור מימן התרמוכימיים היעילים ביותר.על ידי הפיכה של צמח גרעיני עם יחידת ייצור מימן, המפעילים יכולים להשיג סינרגיות אשר להפחית את אובדן האנרגיה הכולל ולשפר את הכדאיות הכלכלית.

• (ב) ,0) הפעלת קונסולת ה-1 (FLT:1) – צמחים גרעיניים רצים מסביב לשעון, ולהבטיח פלט מימן יציב.
• (FLT:0) גורמי יכולת גבוהה של קיבולת גבוהה (FLT:1) - צמחים גרעיניים טיפוסיים להשיג 90%+ גורמי יכולת, הרבה יותר מעל מקורות מתחדשים.
• (FLT:0) יכולת של טמפרטורות גבוהות (FLT:1), כורים עתידיים כמו כור טמפרטורה גבוה מאוד (VHTRs) יכולים לספק חום לפיצול תרמוכימי ישיר.
• (ב) ,0) טביעת רגל פחמן פחמן 1 (Low-carbonteauve) – שרשרת ייצור שלמה נותרה ללא פחמן בעת שימוש באנרגיה גרעינית.

שיטות של ייצור מימן באמצעות אנרגיה גרעינית

אלקטרוליזה דלת-בית המופעלת על ידי חשמל גרעיני

הגישה הפשוטה ביותר היא להשתמש בחשמל שנוצר על ידי כור גרעיני כדי לכפות אלקטרוליטייזר קונבנציונלי.באלקטרוליטייזר, זרם חשמלי מתפצל מולקולות מים למימן וחמצן.כאשר החשמל מגיע ממקור גרעיני, המימן המיוצר הוא למעשה ללא פחמן. שיטה זו היא בוגרת טכנולוגית, ויכול להיות פרוס היום עם כור מים קיימים (LWRs).

שני סוגים עיקריים של אלקטרוליטים רלוונטיים:

• (FLT:0) אלקליין אלקטרוליצרים 1FLT: טכנולוגיה מוכחת עם עלויות הון נמוכות יותר, מתאימה ליישומים בקנה מידה גדול.
• (FLT:0)PEM (Proton Exchange Membrane) אלקטרוליצרים 1FLT - מציעים יעילות גבוהה יותר וזמני תגובה מהירים יותר, מה שהופך אותם להתאמה טובה לתנאי רשת משתנים.

כאשר צמח גרעיני מספק חשמל לרשת, ורשת זו מעצימה אלקטרוליטייזר, המימן נחשב ל-FLT:0 " מימן פינצ'ק" (PLT:1) או FLT:2 "טיהור מימן" 3.10:3, בהתאם למקור האנרגיה המדויק.היעילות של נתיב זה מוגבלת על ידי יעילות אלקטרוליצר (בדרך כלל 60–0%) והפסדים בטווח הארוך, למרות אובדן אנרגיה גרעיני, למרות .

High-Temperature Steam אלקטרוליזה (HTSE)

גרסה יעילה יותר של אלקטרוליטיזה היא אלקטרוליטיזה גבוהה בזמן גבוהה במקום מים נוזליים, קיטור משמש כמו הזנה.התהליך דורש חום בטווח של 700 מעלות C-900 מעלות צלזיוס, אשר ניתן לספק על ידי כורים גרעיניים מתקדמים. על ידי מתן חלק של האנרגיה כמו חום ולא חשמל, HTSE יכול להשיג יעילות מערכת הכוללת מעל 90% (על בסיס נמוך יותר קיבולת מימן).

יתרונות מרכזיים של HTSE:

• ניכוי בביקוש לאנרגיה חשמלית עד 30% בהשוואה לאלקטרוליטיזה קונבנציונלית.
• פוטנציאל לפעול הפוך כמו תא דלק (תא דלק חד-חמצני) עבור דור חשמל.
• התאמה עם עיצובי כור הדור הבא שפועלים בטמפרטורות גבוהות.

HTSE נמצאת בשלב ההדגמה והטייס, עם כמה פרויקטים ברחבי העולם במטרה להוכיח את יכולתה המסחרית.

מים מפוצצים

מחזורי התרמוכימיקליים משתמשים בחום עתיר גבוה כדי להניע סדרה של תגובות כימיות שבסופו של דבר פיצול מים למימן וחמצן.אין חשמל נדרש בתהליך הראשי, אם כי משאבות ומערכות עזר עשויים לדרוש קצת כוח. מחזורים אלה יכולים להשיג באופן תיאורטי יעילות גבוהה מאוד כי הם נמנעים מחוסר יעילות תרמודינמי הקשורה לגימור חום לחשמל.

המחזורים הכי נחקרים כוללים:

• (FLT:0) ulfur-Iodine (S-I)cio CycleFLT:1 - מתפעל בערך 850 מעלות צלזיוס באמצעות ביוד ו- sulfur דו-חמצני.זה הוכח בדרגות מעבדה וטייסים אבל עדיין ניצב בפני חומרים אתגרים קורוזיים.
• (ב) ⁇ :0) Hybrid Sulfur (HyS)ve מחזור מחזור 1:1 - משלב צעד תרמוכימי עם אלקטרוכימי אחד.זה דורש מעט טמפרטורות נמוכות יותר (800 ° C) מאשר מחזור S-I.
• (FLT:0) Copper-Chlorine (Cu-Cl)uralFLT) 1:1 - מחזור זמני נמוך (500 ° C-600 ° C) אשר מפותח להפיכה עם CANDU קיים וסוגים אחרים של כור.

מחזורי התרמוכימיקליים מציעים את ההבטחה של ייצור מימן גדול מאוד, יעיל מאוד, אבל הם עדיין במרחק של שנים מפריסת מסחרי.חומרים שיכולים לעמוד בסביבה הכימית הקורוזית בטמפרטורות גבוהות נשארים מוקד R&D מפתח.

4.התאמת גרעינית של מתאן (Low-Carbon Hybrid)

גישה נוספת היא להשתמש בחום גרעיני כדי לספק את האנרגיה הדרושה לרפורמת אדים, בעוד שלכידת המוצר CO2. גישה היברידית זו יכולה להפחית את טביעת הרגל פחמן של תשתיות ייצור מימן קיימות.למרות ששיטת זו עדיין פולטת קצת CO2 (אם לא בשילוב עם פחמן לכידת ואחסון), זה יכול להפחית משמעותית את פליטות בהשוואה לרפורמות קונבנציונליות. כמה אנליסטים לשקול טכנולוגיית מעבר זו עד שיטות גרעיניות בלבד (או תרמוכימיות) או תרמוכימיות) להיות עלות).

יתרונות ייצור מימן גרעיני-Driven Hydrogen

אפס פליטות פחמן בנקודת הייצור

כאשר כור גרעיני מספק את האנרגיה, תהליך ייצור מימן כולו הוא ללא פליטה.זה תומך ישירות מטרות שנקבעו על ידי הסכם פריז ותוכניות האפס הלאומיות נטו. כור גרעיני 1 GWe פועל במצב של התחדשות יכול לייצר מספיק מימן כדי להחליף את צריכת הדיזל השנתית של כ-400,000 משאיות כבדות, חיתוך מיליוני טון של CO2 בכל שנה.

יעילות גבוהה באמצעות התחדשות

צמחי גרעין הם מכונות תרמיות; אפילו בעיצובים הטובים ביותר, בערך שליש מהחום של הכור מומר לחשמל, והיתר נדחה לסביבה.על ידי הפניה כי דחה חום ליחידת ייצור מימן, ניצול אנרגיה הכולל יכול לעלות על 90%. הרעיון הזה של הדורון ממקסים את הערך הנגזר מכל חומרת דלק אורניום ומשפר את הכלכלה.

מרדף מתמשך ורציני

הביקוש של מימן תעשייתי (למשל, ייצור אמוניה, ייצור פלדה, מימון מחדש) הוא קבוע וגדול.מקורות מתחדשים לסירוגין לא יכולים להבטיח אספקת מימן 24/7 ללא אחסון אנרגיה מסיבי. כורים גרעיניים מספקים את כוח העמסה ואת החום כי משתמשים תעשייתיים דורשים, המאפשר שרשרת אספקה מימן חוזרת.

ביטחון אנרגיה ועצמאות

מדינות עם משאבי אורניום מקומיים או טכנולוגיה גרעינית מתקדמת יכולות להפחית את ההסתמכות שלהם על שמן מיובא וגז טבעי. מימן גרעיני יכול לשמש לייצור דלקים סינתטיים (דלקים) לתעופה ולמשלוח, ובכך לגוון את תערובת האנרגיה ולהחליש כלכלות מזעזועי אספקה גיאופוליטיים.

סקאביה ו-Sing Flexibility

כורים מודולריים קטנים (SMRs) וכורים מתקדמים נועדו להיות בנוי מפעל ומוקמים קרוב יותר למשתמשים מימן תעשייתיים.זה מקטין את הצורך בתשתיות תחבורה מימן למרחקים ארוכים. בעתיד, כורים גרעיניים יכולים להיות מעורבים יחד עם תחנות דלק מימן, צמחי אמוניה, או מ"ט פלדה, יצירת מרכזי אנרגיה משולבים.

אתגרים ושיקולים

עלויות הון ויציבות כלכלית

עלות הבנייה של כור גרעיני גבוהה, לעתים קרובות במיליארדי דולרים.ייצור מימן מוסיף הון נוסף עבור אלקטרוליצרים, מחליפי חום וציוד לעיבוד כימי.עבור מימן גרעיני להיות תחרותי עם מימן גז טבעי (כיום 1–2 דולר לקילוגרם) או ממזגים מתחדשים עם חשמל זול, יש צורך בהפחתתות משמעותית.

בטיחות ושיקום הידרדר

כור גרעיני מוסדרים מאוד, וכל שינוי במפעל (כגון הוספת יחידת ייצור מימן) דורש ביקורות בטיחות קפדניות. הידרוגן עצמו הוא דלגן ויציבות, הדורש מערכות בטיחות חזקות. מסגרת רגולטורית עבור ניוון הידרוגן גרעיני עדיין מתפתחת, אשר יכול להאט פריסה.בנוסף, קבלה ציבורית של כוח גרעיני משתנה על ידי אזור, לעתים קרובות מושפע מתאונות היסטוריות ודאגות ניהול פסולת.

סטיות טכנולוגיות של שיטות מתקדמות

בעוד אלקטרוליטיזה דלת-זמנית היא בוגרת, אלקטרוליטיזה עתירה גבוהה מחזורי תרמוכימיים הם בשלבים מוקדמים יותר של פיתוח.חומרים שיכולים לעמוד בסביבה קורוזית וטמפרטורה גבוהה בכורים תרמוכימיים יקרים ויש להם תקופות חיים מוגבלות.ללא הדגמה צמחים הפועלים בקנה מידה מסחרי, משקיעים נשארים זהירים.

פסולת גרעינית והפחדות

הרחבת הצי הגרעיני לייצור מימן גם תגביר את נפח הדלק הגרעיני הכרוך בדלק גרעיני, אשר חייב להיות מנוהל בבטחה במשך אלפי שנים. יתר על כן, כמה עיצובים מתקדמים של כור להשתמש בדלקים או קירור (למשל מלח מלוטש) אשר מעלה חששות הפצת תפוצה.

צריכת מים

ייצור הידרוגן באמצעות אלקטרוליטיזה צורב מים (כ-9-10 ליטר מים לקילוגרם של מימן) בעוד שזה מנוהל ברוב האזורים, אזורי אספקת מים עשויים לעמוד בפני מגבלות.בנוסף, צמחים גרעיניים דורשים מים קירור; שילוב שניהם יכול למתח משאבי מים מקומיים. דזאליום או טכנולוגיות קירור יבש יכול להקטין את עלויות אלה אך להוסיף עלויות.

פרויקטים ויוזמות מחקר

כמה מדינות וארגונים רודפים באופן פעיל פרויקטים של הדגמה מימן גרעינית בארה"ב, המחלקה לאנרגיה (FLT:0H2@ScaleFLT:1) יוזמה כוללת שותפויות עם כלי רכב כדי להפגין ייצור מימן בצמחים גרעיניים קיימים.לדוגמה, FLT:2Nine Point תחנת גרעין בניו יורקFOVA 3LT הוא ביתם של טייס באמצעות קרינת מימן נמוכה אשר הושקה לאחר מכן, אשר משמש לדגימה.

בקנדה, כרך 1:0;Bruce Power ושותפים של ההרחבה 1 (בקנדה) הם חקרו ייצור מימן מתכורי CANDU, מה שמרוויח על הצי הגרעיני של המחוז כדי לספק מימן נקי לתחבורה ולתעשייה. בדומה לאירופה, מפעיל הגרעין הצרפתי EDF לומד את יכולת ההפיכה של אלקטרוליטים עם כורים שלה, גרעיניים של צרפת, כמו גם רשת מימן טבעית, הופכת את מבחן מימן טבעי עבור חשמל גרעיני.

הסוכנות לאנרגיה אטומית הבינלאומית (IAEA) הייתה פעילה גם בתחום זה.באמצעות ייצור ה- 0Hydrogen באמצעות תוכנית אנרגיה גרעינית FLT:1, היא מאפשרת חילופי מידע ושיתוף פעולה טכני בין המדינות החברות, קידום הפיתוח של מתקני ההפגנה ופגיעה בתקני בטיחות.

עתיד Outlook ותפקיד במעבר אנרגיה נקייה

ההתכנסות של כמה מגמות הופכת מימן גרעיני לאופציה אטרקטיבית יותר ויותר. ראשית, העלייה של כורים מודולריים קטנים (SMRs) מבטיחה להפחית את ההשקעה הון הפנים, זמני בנייה קצרים יותר, וגמישות רבה יותר.כאשר בשילוב עם ייצור מימן, SMRs יכול לספק עומס שניתן לשלוח המסייע לייצב את הרשת תוך יצירת מוצר אפס פחמן יקר, השני, מדיניות כגון פחמן, מנדטים ירוקים, מימן, ויוצרים נמוך של דלקים ללא קשר לתקני ייצור פחמן.

שלישית, ההתקדמות הטכנולוגית בשני שדות הגרעין והמימן מתקדמת.עיצובים של כור הרומן כמו ה-FLT:0molten מלח כורה 1 (MSR) ו-FLT:2מאוד גבוה כורים טמפרטורה 3 (VHTR) נועדו במפורש להתחדשות, עם טמפרטורות מחוץ ל-750 מעלות צלזיוס בינתיים, אלקטרוליצרים חד-חמצני (HT) יקרים יותר מ- 2 ק"מ) יכולים להגיע לשילוב של 1 ק"מ-2 דולר ל-2 דולר ל- 2.

בטווח הארוך יותר (2040 ומעלה), מימן גרעיני יכול להפוך אבן הפינה של כלכלת מימן גלובלית.זה יכול לשמש כמוזק עבור דלקים סינתטיים (דלקים) בשימוש בתעופה, משלוח, ותעשייה כבדה.זה יכול לשמש גם לאחסון אנרגיה עונתית על ידי המרת עודף כוח גרעיני לתוך מימן, אשר לאחר מכן מאוחסן ומשמש מאוחר יותר בתאי דלק או בעיר טורבינות לייצר ביקוש חשמל במהלך "כוח גז" זה נותן אנרגיה גרעינית.

עם זאת, מימוש החזון הזה דורש להתגבר על האתגרים המפורטים לעיל, קבלה ציבורית, מודרניזציה רגולטורית, והפחתה בעלויות חייבת להיות התמודדות בו זמנית.

• מימון פרויקטים להדגמה מתקדמת של מחזורים תרמוכימיים והפיכה SMRs עם HTSE.
• יישום תמחור פחמן ברור תוכניות הסמכה מימן.
• החלפת תהליכי רישוי למתקנים גרעיניים.
• השקעה באימון כוח העבודה עבור המגזר הגרעיני.

מסקנה

כור גרעיני מציעים כלי רב עוצמה ומבודד לייצור מימן נקי בקנה מידה. על ידי מתן חשמל ללא פחמן חום עתיר רוח גבוהה, הם יכולים לאפשר ייצורים מרובים - ממבוסס אלקטרוליזה דלת-טמפרטורה נמוכה ועד מחזורים תרמוכימיים מתקדמים. היתרונות של אמינות, יעילות גבוהה, ואבטחת אנרגיה להפוך מימן גרעיני לשלימה חזקה למימן מבוסס-חדש.