تولید سوخت هیدروژن پاک با بهره‌گیری از گرمای مازاد نیروگاه‌های هسته‌ای در فرآیند الکترولیز آب

Abstract

هیدروژن به‌عنوان یکی از مهم‌ترین حامل‌های انرژی پاک، به دلیل چگالی انرژی بالا و عدم تولید آلاینده در زمان مصرف، نقش مهمی در کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای و گذار به اقتصاد کم‌کربن دارد. با این حال، بخش عمده هیدروژن تولیدی جهان همچنان از منابع فسیلی و به‌ویژه فرآیند رفورمینگ بخار متان تأمین می‌شود که با انتشار قابل‌توجه دی‌اکسیدکربن همراه است. از سوی دیگر، الکترولیز متداول آب نیز به دلیل مصرف بالای انرژی الکتریکی و هزینه‌های عملیاتی زیاد با محدودیت‌هایی روبه‌رو است.در این پژوهش، امکان استفاده از گرمای مازاد نیروگاه‌های هسته‌ای در فرآیند الکترولیز حرارتی آب (HTE) برای تولید هیدروژن پاک مورد بررسی قرار گرفته است. در این روش، بخشی از انرژی موردنیاز برای تجزیه مولکول‌های آب از طریق انرژی حرارتی با دمای بالا (حدود °C700 تا °C1000) تأمین می‌شود که می‌تواند از گرمای اتلافی راکتورهای هسته‌ای به دست آید. در این مطالعه با استفاده از تحلیل‌های ترمودینامیکی، تأثیر دمای بالا بر کاهش انرژی الکتریکی موردنیاز، افزایش راندمان تبدیل انرژی و بهبود عملکرد سامانه الکترولیز بررسی شده و نتایج آن با روش‌های متداول تولید هیدروژن مقایسه شده است.نتایج نشان می‌دهد که استفاده از گرمای مازاد نیروگاه‌های هسته‌ای می‌تواند راندمان تولید هیدروژن را به بیش از 80 درصد افزایش داده و مصرف انرژی الکتریکی را به طور قابل‌توجهی کاهش دهد. همچنین این رویکرد با حذف منابع فسیلی در تأمین انرژی فرآیند، امکان تولید هیدروژن پاک با انتشار کربن بسیار ناچیز را فراهم می‌کند. از این رو، یکپارچه‌سازی فناوری الکترولیز حرارتی با نیروگاه‌های هسته‌ای می‌تواند به عنوان راهکاری مؤثر برای تولید پایدار هیدروژن و تقویت امنیت انرژی در آینده مطرح شود.