氢气有望在实现气候变化目标方面发挥核心作用,同时帮助确保全球可靠清洁能源的供应。但由于目前几乎所有的氢气都是使用化石燃料产生的,因此迫切需要通过核电和可再生能源转向清洁生产。这是一个具有挑战性的前景,需要建立一个新的工业基础和供应链。
目前,氢用于工业过程,从生产合成燃料和石化产品到制造半导体和为燃料电池电动汽车提供动力。为了减少每年生产超过 7000 万吨氢气对环境的影响,一些国家正在寻求太阳能和风能等可再生能源以及核能作为化石燃料的替代品。
为了加快新兴氢经济的绿色化,国际原子能机构上个月发起了一项倡议,为利用核能生产氢的商业部署制定路线图。该倡议将决策者、设计者、项目经理和运营商聚集在一起,分享国家战略和技术的最新进展,并确定利用核能生产氢的不同技术的技术准备情况。该倡议将最终形成一份路线图指导文件,为各国提供评估、规划和制定核氢项目发展战略的工具。
氢是宇宙中最丰富的化学元素,是一种能量载体,与纯氧一起燃烧时只释放水蒸气和热量。它可以大量储存,比燃烧化石燃料更节能。因此,它是钢铁和化工生产、水泥制造和长途运输等重二氧化碳排放行业中化石燃料的潜在替代品。它们被称为“难以减排”的行业,占全球二氧化碳排放总量的 30% 左右,并且由于这些技术尚不存在或目前不经济,因此难以脱碳。
“如今,各行业所需的绝大多数氢气是使用化石燃料技术(主要是天然气)制造的,但核能有潜力以可持续、低碳和具有成本效益的方式提供氢气生产所需的电力和热量。方式,”国际原子能机构核工程师兼该项目的共同负责人阿丽娜康斯坦丁说。“但是,如果核能发挥作用,需要在未来十年解决与技术、经济、安全和可许可性以及政策支持和利益相关者参与相关的若干挑战,证明可行性并允许转向商业规模生产为清洁能源转型生产氢气。”
使用核能生产清洁氢在历史上一直面临成本障碍,但在全球能源危机中,这种情况正在发生变化,化石燃料的价格显着提高,全球供应也变得不那么安全。
IAEA FRAMES最近的一项建模分析发现,当天然气价格升至每百万英热单位 (BTU) 20 美元以上时, 最佳的制氢方法是由核能和可再生能源混合驱动的电解法。(在欧盟,天然气最近的交易价格约为每百万英热单位 30 美元。)“分析还发现,由高温气冷反应堆 (HTGR) 等先进技术产生的热量驱动的氢气生产在这些价格上极具竞争力情景。多个国家正在开发 HTGR,原型已经在中国和日本运行,”国际原子能机构非电气应用技术负责人、该分析的主要作者 Francesco Ganda 说。
全世界对清洁氢的兴趣正在增长,特别是对使用核能的兴趣。上个月,大约 28 个国家和四个国际组织加入了原子能机构路线图倡议,该倡议于上个月在维也纳启动,以讨论其核氢计划或项目。其中包括使用现有反应堆生产氢气的示范,以及使用先进反应堆(如小型模块化反应堆)提高效率和扩大生产规模的计划。
在印度,政府今年宣布了一项商业氢路线图,重点是可再生和生物质衍生的氢。但由于预计到 2030 年代中期对氢的需求将增长五倍,因此正在进行研究和研究,以开发一个商业案例,将核能纳入该国生产低碳氢的系统。
“氢是美国工业部门脱碳计划的主要组成部分,占二氧化碳排放量的三分之一”,爱达荷国家实验室的理查德博德曼在会议上说。“最近的美国联邦立法为区域清洁氢中心、清洁氢电解计划以及清洁氢制造和回收计划拨款 95 亿美元。” 美国能源部的评估表明,氢需求可能会比目前的数量增加十倍,核能可能会产生高达总需求的 15%。
“未来的氢经济也是欧盟的一个热门话题,”代表欧洲核工业的贸易协会 FORATOM 政策总监 Andrei Goicea 说。“然而,虽然一些国家推动使用低碳技术生产电解氢,但核能的案例可能会受到将核能标记为过渡技术的欧盟投资指南的阻碍,”他说。
加拿大核实验室的伊恩·卡斯蒂略说:“核能制氢成功的关键是找到合适的机会,将强大的商业案例以及来自现有或新核电站的核电和热能与具有显着脱碳潜力的应用相结合。” . “在可能的情况下,应使用现有的基础设施,如天然气管道和重新利用的燃煤电厂。”
国际原子能机构的氢活动
原子能机构 通过包括协调研究项目(CRP)和技术会议在内的倡议向对氢气生产感兴趣的国家提供支持。它还开发了氢经济评估计划(HEEP),这是一种评估通过核能大规模生产氢的经济性的工具。原子能机构还领导了一个关于检查核制氢技术经济学的协调研究项目,并正在完成一个关于为近期部署评估核制氢生产的技术和经济方面的后续协调研究 项目。
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