Имеет смысл производить водород с ядерной, а не возобновляемой энергией

Автор: Росс Померой, RealClearEnergy

Водород часто считается основой будущей 100% возобновляемой экономики.. Чтобы компенсировать прерывистую прерывистость ветра и солнца и избавить промышленность от энергоемкого ископаемого топлива, избыточное дешевое электричество, которое возобновляемые источники энергии производят во времена изобилия, должно быть направлено в электролизеры, которые расщепляют молекулы воды на водород и кислород. Затем водород можно собирать, хранить, транспортировать и в конечном итоге сжигать для получения энергии по требованию.

Но действительно ли этот сценарий является наиболее экономически эффективным и экологически чистым вариантом? Имеет ли смысл, например, производить водород из другого безуглеродного источника — ядерной энергии?

Трио ученых из Департамента гражданской и промышленной инженерии Университета Пизы в Италии исследовали этот вопрос. Используя данные Программы экономической оценки водорода Международного агентства по атомной энергии, группа провела технико-экономическую оценку для сравнения различных методов производства водорода из футуристических ядерных реакторов поколения IV. Их результаты опубликованы в журнале Energys.

Два способа получения водорода из ядерной энергии поднялись на вершину. Во-первых, инженеры могли бы построить прикрепленную систему электролизера, как с возобновляемой энергией. Поскольку ядерный реактор почти постоянно работает как «базовая нагрузка», операторы станций могут просто отводить энергию на электролизеры, когда спрос на энергосистему уменьшается. По оценкам исследователей, стоимость водорода с этой установкой составит 2,71 доллара США / кг при ничтожных выбросах углерода 0,3 кг CO2e / кгH2.

Второе, Авторы предвидели систему, в которой футуристические реакторы поколения IV, работающие при высоких температурах (от 550 до 1000 ° C), могут производить водород через горячий пар, который они излучают.Т. Этот высокотемпературный паровой электролиз аналогичен тому, как водород производится из парового реформирования через природный газ. Они прогнозируют, что затраты здесь составят 3,57 доллара США / кг с немного более высокими выбросами 0,8 кг CO2e / кгH2. Затраты выше, потому что это более новая система, хотя она является «наиболее эффективной связью, поскольку она лучше использует электрические и тепловые энергетические ресурсы, производимые реактором».

Затраты и выбросы углерода для обоих методов выгодно отличаются от текущих затрат на водород, полученный из ископаемого топлива и возобновляемых источников энергии. В Европе в 2023 году водород, произведенный путем реформирования метана, стоил 3,76 евро / кг (4,39 доллара США) и производил выбросы не менее 11,6 кг CO2e / кгH2. Водород, изготовленный из прямой связи с возобновляемыми источниками энергии, стоил 6,61 евро / кг (7,71 доллара США) с выбросами, аналогичными производству из ядерной энергии.

Конечно, оценка исследователей является весьма предварительной. Сегодня в эксплуатации находится только один коммерческий ядерный реактор, который соответствует реактору, который они смоделировали. Это в Китае. Их оценки затрат также могут быть слишком радужными, и вполне вероятно, что затраты на производство водорода с использованием возобновляемых источников энергии со временем сократятся, поскольку солнечные батареи станут более эффективными.

В настоящее время в мире производится 52,6 миллиона тонн водорода в год, который используется в основном для производства аммиака для удобрений. Процесс производства этого водорода составляет два процента от общего потребления энергии в мире и обеспечивает примерно такую же долю глобальных выбросов углекислого газа. Даже если водород не находит более широкого применения в промышленности, транспорте и сетевом хранении, нам все равно нужно его много, чтобы накормить мир, предпочтительно произведенный гораздо более чистым способом, чем в настоящее время. Ядерная энергия может обеспечить его в изобилии.

Источник: Buzzetti, R.; Lo Frano, R.; Cancemi, S.A. Sustainable Hydrogen Production from Nuclear Energy. Энергии2025 год, 184632. https://doi.org/10.3390/en18174632