我國核能制氫研究取得進展 有望成為未來制氫首選

中國環境報3月11日消息，在今年全國兩會上，全國政協委員、中核集團科技質量與信息化部主任錢天林在“關於支持核能制氫與綠色冶金列入國家科技重大專項的建議”中表示，當前發達國家已經在氫能生產與應用領域加快佈局，我國需要積極配套政策，以贏得未來氫能時代國際競爭的戰略制高點。針對核能制氫可行性和如何發展等，提出了看法和建議。

核能制氫有望成為未來制氫首選

1月15日，中核集團、中國寶武鋼鐵集團、清華大學三方簽訂了有關合作框架協議，共同致力於打造世界領先的核冶金產業聯盟。一個新的合作領域，由此誕生。

此處的核冶金就是利用核能製造出氫氣，再用氫氣冶金。這讓很多人不禁好奇，核能制氫到底有什麼魅力，能夠促成此次強強聯合。

想要回答這個問題，首先要搞清楚，為什麼要制氫？其中一個重要原因，是自然界中沒有純氫，需要藉助其他一次能源生產，這也是“制氫”一詞的由來。

簡單來説，氫是清潔能源，氫能的用途也非常廣泛，在氫燃料電池交通工具、家用燃料電池、煉油和焊接及金屬加工等領域發揮重要作用。但由於氫是二次能源，需要利用一次能源來生產。以可持續的方式（原料來源豐富、無温室氣體排放）實現氫的大規模生產是實現氫廣泛利用的前提。

傳統的工業應用制氫方法主要是利用化石燃料製備（佔96%）和水電解（佔4%），效率不高或帶來大量温室氣體排放。這與當今社會低碳、清潔的能源供應要求是不相匹配的。隨着技術和工藝的不斷發展，核能制氫技術有望成為未來大規模製氫的重要技術選擇。

“目前世界上工業應用的制氫方法以化石燃料重整為主，難以滿足未來氫氣製備高效、大規模、無碳排放的要求。而核能作為清潔的一次能源，核能制氫已經發展成為一種清潔、安全、成熟的技術。核能制氫就是將核反應堆與先進制氫工藝耦合，進行氫的大規模生產。核能制氫具有不產生温室氣體、以水為原料、高效率、大規模等優點，是未來氫氣大規模供應的重要解決方案。”錢天林表示。

清華大學核能與新能源技術研究院副總工李富表達了相似的觀點，他説：“低碳的氫，結合燃料電池技術和加氫的高品質生物質燃料生產，幾乎是當前化石液體燃料的唯一替代品。核能制氫技術，可以實現大規模製氫，同時碳排放很少。”

我國核能制氫研究取得進展

據瞭解，世界上的許多國家，如美國、日本、法國、加拿大都在開展核能制氫技術的研發工作。

在提到我國的核能制氫發展時，錢天林指出：“高温氣冷堆是我國自主研發的具有固有安全性的第四代先進核能技術，它具有安全性好、出口温度高等優勢，其高温高安全性的特點與適合大規模製氫的熱化學循環制氫技術十分匹配。”

我國正在發展核電，在開展核電站建設的同時，也非常重視核氫技術的發展。高温氣冷堆能夠提供高温工藝熱，是目前最理想的高温電解制氫的核反應堆。在800℃下，高温電解的理論效率高於50%，温度升高會使效率進一步提高。在此種方案下，高温氣冷堆（出口温度700℃～950℃）和超高温氣冷堆（出口温度950℃以上）是目前最理想的高温電解制氫的核反應堆。

“核能制氫在國外已有先例，主要是利用高温氣冷堆的高温，其優點是直接用水分解產生氫氣，不會有温室氣體產生。”中核工程諮詢有限公司劉佳鑫告訴本報記者。

據悉，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，於2001年建成了10MW高温氣冷實驗反應堆（HTR-10），2003年達到滿功率運行。對核能制氫技術的研究也列為專項的研發項目，目前正在開展第三階段的研究工作。2012年我國已將高温氣冷堆示範電站的建設列入國家重大專項。

李富告訴記者：“目前INET已建立實驗室規模的制氫裝置，正在開展工業規模的制氫技術的研究，也對氫燃料電池進行了長時間的研究。當前研究重點還包括制氫裝置與高温氣冷堆的耦合技術，並與鍊鋼等其他工業界開展合作研究。”

面臨多種制約 發展空間仍大

在談及目前核能制氫與氫能冶金的可行性時，錢天林表示，目前這一項目已具備基礎條件：“我國已建成並運行10兆瓦高温氣冷實驗堆，20萬千瓦高温氣冷堆商業示範電站預計將於2020年建成投產，在高温氣冷堆技術領域已居世界領先地位。總體來看，當前技術已完成了原理上的可行性研究和驗證，總體上處於實驗室或向中試前期過渡的階段。下一階段要針對工程材料、關鍵設備等涉及工程應用的關鍵技術進行攻關研究。”

針對核能制氫，也有專家給出了不同看法。清華大學工程物理系副研究員俞冀陽在接受本報記者採訪時表示，“我認為需要等常規工業制氫市場打開後，核能才能有所作為，純粹靠核能去推動制氫難度較大，用核能發電，然後用電力通過電解水制氫反而更划算。天然氣作為民用能源，在儲存、運輸、使用方面都很成熟。氫氣和天然氣類似，若氫氣產量足夠，修建類似天然氣管道那樣的基礎設施輸送氫氣，也具有可行性。”談及核能制氫的制約條件時，俞冀陽指出，“瓶頸其實就是經濟性和市場化，以及相應的配套基礎設施建設。”

安全性也是制約核能制氫的一大因素之一。劉佳鑫認為，“眾所周知，常温常壓下，氫氣是一種極易燃燒，無色透明、無臭無味且難溶於水的氣體。氫氣是世界上已知的密度最小的氣體，氫氣的密度只有空氣的1/14，且極易燃燒。如何保證與核電偶聯的設備在氫運輸等相關過程中的安全，是需要突破的重點和難點。”

“目前來看，核能制氫還需要加大科研、高温材料等方面的政策支持力度。監管這方面，目前高温氣冷堆已經在做了。”業內相關專家告訴記者。

除此之外，錢天林認為氫能冶金也將成為冶金行業實現高質量發展的重要選擇。他認為，大量消耗燃煤的傳統冶金工藝路線已面臨發展瓶頸，甚至已觸及天花板。長遠來看，整個冶金行業要適應高質量發展的要求，只能發展低碳冶煉技術，必須以新型“綠色”還原劑替代煤炭。從國際視野來看，氫能無疑是最佳選擇之一。

鑑於核能與氫能作為清潔能源在我國未來能源體系中的重要作用和地位，以及高温氣冷堆制氫和氫冶金的技術優勢和良好前景，錢天林給出了自己的建言：“建議將高温氣冷堆核能制氫以及氫能冶金列入國家科技重大專項，加大政策支持和投入保障力度；並且儘快落實建設60萬千瓦高温氣冷堆核能工程。”