近期，美國能源部（DOE）宣布投入2000萬美元，支持亞利桑那州的核能制氫示范項目，使清潔氫能成為核電站除發(fā)電以外的重要經濟產品，助力在未來10年之內實現(xiàn)DOE“氫能攻關”科技化的制氫成本目標（1美元/千克）。

業(yè)界普遍認為，核能制氫才是大規(guī)模制氫方式的首選。然而這種制氫方式似乎進展的十分緩慢。

核能是低碳、高效的一次能源，其使用的鈾資源可循環(huán)再利用。經過半個多世紀的發(fā)展，人們已經掌握了日益先進、不斷成熟的核能技術，成為當前人類大規(guī)模工業(yè)制氫的最佳選擇。核能制氫是將核反應堆與先進制氫工藝耦合，進行氫的大規(guī)模生產。核能制氫具有不產生溫室氣體、以水為原料、高效率、大規(guī)模等優(yōu)點，是未來氫氣大規(guī)模供應的重要解決方案。

核能制氫原理

核能制氫就是利用核反應堆產生的熱作為制氫的能源，通過選擇合適的工藝，實現(xiàn)高效、大規(guī)模的制氫；同時減少甚至消除溫室氣體的排放。核能制氫原理示意如圖所示。


核能制氫原理示意圖

核能到氫能的轉化途徑較多，包括以水為原料經電解、熱化學循環(huán)、高溫蒸汽電解制氫，以硫化氫為原料裂解制氫，以天然氣、煤、生物質為原料的熱解制氫等。以水原料時，整個制氫工藝過程都不產生CO?，基本可以消除溫室氣體排放；以其他原料制氫時只能減少碳排放。另外，利用核電電解水只是核能發(fā)電與傳統(tǒng)電解的簡單聯(lián)合，仍屬于核能發(fā)電領域，一般不視為真正意義上的核能制氫技術。因此，以水為原料、全部或部分利用核熱的熱化學循環(huán)和高溫蒸汽電解被認為是代表未來發(fā)展方向的核能制氫技術。


核能到氫能的轉化途徑

我國的核能制氫項目起步于“十一五”，研究了當初的主流工藝熱化學循環(huán)和高溫蒸汽電解制氫，并進行了初步運行試驗。在“十二五”期間，設立了國家科技重大專項“先進壓水堆與高溫氣冷堆核電站”，目的是掌握碘硫循環(huán)和高溫蒸汽電解的工藝關鍵技術。

清華大學核能與新能源技術研究院（INET）在國家“863”計劃支持下，于2001年建成了10MW高溫氣冷實驗反應堆（HTR-10），2003年達到滿功率運行。

2019年1月15日，中核集團、清華大學、中國寶武三方簽訂《核能-制氫-冶金耦合技術戰(zhàn)略合作框架協(xié)議》，三方將資源共享，共同打造世界領先的核冶金產業(yè)聯(lián)盟。目前中核集團的依托《框架協(xié)議》開展核能制氫冶金技術研發(fā)，對國內外氫能產業(yè)鏈各環(huán)節(jié)進行調研，分析氫能產業(yè)宏觀布局、技術發(fā)展、經濟成本等因素后明確氫能產業(yè)鏈的主要切入點，完成產業(yè)布局頂層設計。中核集團遠期的目標是在2030年后，利用已成熟的核能制氫和棄電制氫為產業(yè)源頭，開拓儲氫、運氫、氫燃料電池中下游產業(yè)。

今年9月，高溫氣冷堆碳中和制氫產業(yè)技術聯(lián)盟在清華大學成立。該聯(lián)盟的成立，其目的在于推動高溫氣冷堆制氫技術和產業(yè)發(fā)展，攻克關鍵核心技術問題，打造世界一流產學研用結合的新型協(xié)同攻關聯(lián)合體。

據(jù)了解，該聯(lián)盟作為一個科技、產業(yè)、金融相協(xié)同的創(chuàng)新聯(lián)合體，由清華大學、中國核工業(yè)集團有限公司、中國華能集團有限公司、中國寶武鋼鐵集團有限公司、中國中信集團有限公司五方聯(lián)合發(fā)起成立。

聯(lián)盟以我國先進的高溫氣冷堆技術為基礎，通過超高溫氣冷堆制氫的研發(fā)，開發(fā)氫冶煉、氫化工等應用技術，將高溫氣冷堆技術與鋼鐵冶煉、化工等具體應用場景相結合，打造工業(yè)規(guī)模示范項目，并在國內外開展產業(yè)化推廣，努力實現(xiàn)相關行業(yè)的二氧化碳極低排放。

目前國際上各大發(fā)達國家都在積極的進行核能制氫項目的研究與開展，力圖早日邁入氫能經濟社會。國正在積極推動核能制氫技術的發(fā)展，并已進入商業(yè)示范階段。我國在國家科技重大專項“大型先進壓水堆及高溫氣冷堆核電站”支持下，高溫堆制氫關鍵技術研究已取得良好進展，處于世界領先地位。在發(fā)展核氫戰(zhàn)略中，需要政府加大政策支持和投入保障力度，盡快落實建設60萬千瓦高溫氣冷堆核能工程；大力發(fā)展和引進核能制氫人才和研發(fā)企業(yè)，提高專業(yè)研發(fā)能力，擴大產業(yè)范圍。