Energetska infrastruktura budućnosti mogla bi izgledati veoma drugačije od infrastrukture na koju se danas oslanjamo. Istraživanje tima stručnjaka iz Nacionalne nuklearne laboratorije pokazuje da bi pokretanje proizvodnje vodonika pomoću nuklearne energije moglo biti ekonomski isplativo.
Ovo istraživanje je objavljeno u časopisu Eksploatacija i primena nove energije.
Mark Bankhead, menadžer tima za hemijsko modeliranje, objašnjava pozadinu istraživanja: „Alternativna tečna goriva dobijena od vodonika i vodonika su ključni faktor koji omogućava Ujedinjenom Kraljevstvu da dostigne neto nulte emisije do 2050. Nuklearna energija se može povezati sa različitim tehnologijama za proizvodnju vodonika Da bismo informisali našu strategiju za demonstriranje vrednosti ovih tehnologija do 2030-ih, razvili smo model koji pruža uvid u njihove tehno-ekonomske performanse.
„Postoje konkurentske prednosti termohemijske proizvodnje vodonika u kombinaciji sa visokotemperaturnim gasnim hlađenim reaktorom (HTGR), i znamo da ima još posla na optimizaciji ovih tehnologija i ostvarivanju potencijala ove tehnologije.
U novom pristupu određivanju ekonomičnosti ovih tehnologija, konstruisan je revolucionarni matematički model koji spaja nuklearnu energiju sa tehnologijom proizvodnje vodonika. Model omogućava povezivanje različitih tehnologija proizvodnje vodonika, što znači da se različiti scenariji mogu porediti.
Model je konstruisan iz dva dela. Prvo su modelovani fizički i hemijski procesi različitih tehnologija proizvodnje vodonika. Ovo je obezbedilo novi metod određivanja ukupne efikasnosti ovih industrijskih procesa izražavanjem izlaznog rezultata modela kao jedinica proizvedenog vodonika po jedinici isporučene energije. U drugom delu modela, ova mera efikasnosti je uneta u ekonomski model.
Kejt Tejlor, modelar procesa u NNL, radila je na ekonomskom modelu, kaže: „Da bi se odredila prodajna cena vodonika, model kombinuje troškove izgradnje i rada postrojenja za vodonik sa troškovima električne energije i/ili toplote potrebno za snabdevanje.
„Takođe smo uključili procene o tome kako će se poboljšati tehnologija za proizvodnju vodonika i kako će izgradnja flote nuklearnih reaktora poboljšati naše znanje o povezivanju nuklearnih elektrana sa ovim tehnologijama. Predviđamo šta će se dogoditi u budućnosti na osnovu našeg trenutnog znanja o tehnologiji razvoj i predviđanja su veoma ohrabrujuća.“
Vodonik se može proizvesti pomoću parne elektrolize visoke temperature koja zahteva i toplotu i električnu energiju. Takođe se može proizvesti korišćenjem termohemijskog ciklusa koji zahteva samo toplotu. U modeliranju, oba tipa tehnologije su spojena sa gasnim reaktorom visoke temperature, naprednom vrstom nuklearne energije.
Model je pokazao da bi elektroliza pare na visokim temperaturama mogla biti isplativ način proizvodnje vodonika kada je spojena sa gasnim reaktorom visoke temperature, sa procenom troškova od 1,24 do 2,14 £/kg, dok je za termohemijski ciklus 0,89 do 2,88 £/kg.
Parna elektroliza je razvijenija tehnologija od bilo kog termohemijskog ciklusa, što znači da ne samo da postoji manje varijacija u procenjenim troškovima, već se primena može dogoditi i ranije. U poređenju sa drugim tehnologijama za proizvodnju energije sa niskim sadržajem ugljenika koje bi se takođe mogle povezati sa postrojenjima za proizvodnju vodonika, ovi rezultati pokazuju da su troškovi nuklearne energije konkurentni.
Model je idealna polazna tačka za poređenje tehnologija. Kristofer Konoli, modelar procesa u NNL i vodeći autor studije, razvio je modele fizičkih i hemijskih procesa. On objašnjava kako razvoj tehnologija proizvodnje vodonika može poboljšati model jer se oslanja na podatke koji opisuju kako se molekuli kreću i stupaju u interakciju sa materijalima koji se koriste za proizvodnju vodonika.
Connolli kaže: „Predviđanje efikasnosti proizvodnje vodonika znači da morate da modelirate praktične procese koji se koriste za cepanje vode. Pronalaženje pouzdanih podataka o kinetici nekih procesa na vrhuncu dizajna svojstava materijala može biti izazov i tehnologija se poboljšava sve vreme.
„Na primer, kada smo gledali elektrolizu pare na visokim temperaturama, morali smo da napravimo model ćelija za elektrolizu koje koriste čvrst oksid kao elektrolit. Čvrsti oksid je tipično napravljen od cirkonijuma stabilizovanog itrijumom, ali varijacije ovog oksida su Koristi se u različitim dizajnima. Na kraju krajeva, performanse elektrolita zavise od toga koliko je dobro napravljen.“
Isplativa proizvodnja vodonika je samo jedna od prednosti nuklearne tehnologije. Iako je studija samo modelirala efikasnost hemijskih i fizičkih procesa za tehnologiju proizvodnje vodonika, postoje i druge prednosti u povezivanju ovih tehnologija sa nuklearnom energijom, kao što su veliki kapacitet za proizvodnju vodonika, fleksibilnost u sedenju blizu korisnika i sposobnost da se proširenje primene. Nuklearna energija takođe predstavlja pouzdan izvor energije bez prekida koji bi smanjio potrebu za baferom skladištenja vodonika.
Visokotemperaturni gasni reaktor je već u razvoju, a demonstracija je planirana u Velikoj Britaniji za 2030-te. U međuvremenu, druge vrste nuklearne tehnologije mogle bi biti povezane sa postrojenjem za proizvodnju vodonika kako bi se postigle neto nulte ciljeve.
