歐盟委員會(huì)公布了可再生氫氣詳細(xì)規(guī)則，旨在激勵(lì)投資者和行業(yè)從化石燃料生產(chǎn)氫轉(zhuǎn)向由可再生電力生產(chǎn)氫。
其中的授權(quán)法案規(guī)定了三種可以被計(jì)入可再生能源的氫氣，包括直接連接新的可再生能源發(fā)電機(jī)所產(chǎn)生的氫氣，在可再生能源比例超過90%的地區(qū)采用電網(wǎng)供電所生產(chǎn)的氫氣，已經(jīng)在低二氧化碳排放限制的地區(qū)簽訂可再生能源電力購買協(xié)議后采用電網(wǎng)供電來生產(chǎn)氫氣。
這意味著歐盟允許核能系統(tǒng)中生產(chǎn)的部分氫氣計(jì)入其可再生能源目標(biāo)。
一直以來，歐盟多國對(duì)于是否要將核能制氫納入“低碳?xì)錃?rdquo;分類的爭(zhēng)論不斷。
最終法國聯(lián)合其他八個(gè)歐盟成員國向歐盟委員會(huì)致信稱，基于當(dāng)前歐盟制定的“科技中立”主張和“歐盟各成員國自行決定能源結(jié)構(gòu)”的原則，歐盟應(yīng)修改當(dāng)前的可再生能源分類規(guī)則，將利用核能制得的氫氣納入低碳燃料的分類中。
對(duì)于核能制氫的重要性，聯(lián)合信件做出了如下解釋：
一方面，要達(dá)成既定的氣候目標(biāo)，歐盟需要大量的新型燃料和低碳能源，低碳排的氫氣正是其中的重要組成部分。如果持續(xù)對(duì)低碳?xì)錃獍l(fā)展設(shè)置障礙，歐盟不僅可能無法達(dá)成氣候目標(biāo)，更可能阻礙經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。
另一方面，核能制氫將提高歐盟氫能產(chǎn)業(yè)在國際社會(huì)上的競(jìng)爭(zhēng)力。聯(lián)合信件進(jìn)一步表示，風(fēng)電、光伏等可再生能源電力存在間歇性的特性，可能會(huì)影響到低碳?xì)錃獾纳a(chǎn)速度。
同時(shí)，美國政府已出臺(tái)了《通脹削減法案》以吸引跨國公司、推動(dòng)低碳產(chǎn)業(yè)落地，而目前歐盟氫能產(chǎn)業(yè)仍在發(fā)展初期，要提高歐盟氫能產(chǎn)業(yè)在全球的競(jìng)爭(zhēng)力，避免企業(yè)紛紛轉(zhuǎn)向美國投資，就不能“限制氫能經(jīng)濟(jì)的發(fā)展速度”。
將核反應(yīng)堆與先進(jìn)制氫工藝耦合生產(chǎn)得到的氫氣也叫粉氫。
核能制氫的技術(shù)路線可分為核電制氫(機(jī)組為制氫提供電能)、核熱制氫(機(jī)組為制氫提供熱能)和電熱混合制氫(機(jī)組為制氫提供熱能和電能)三種。
能夠與制氫工藝耦合的反應(yīng)堆有多種選擇, 而高溫氣冷堆能夠提供高溫工藝熱，是目前最理想的高溫電解制氫的核反應(yīng)堆。在800℃下，高溫電解的理論效率高于50%，溫度升高會(huì)使效率進(jìn)一步提高。
在此種方案下，高溫氣冷堆(出口溫度700℃～950℃)和超高溫氣冷堆(出口溫度950℃以上)是目前最理想的高溫電解制氫的核反應(yīng)堆。
高溫氣冷堆提供了制氫需要的熱源，其匹配的技術(shù)路線主要有兩條：固體氧化物電解水制氫(SOEC)和碘硫循環(huán)制氫。
高溫固體氧化物電解水制氫(SOEC)為全固態(tài)結(jié)構(gòu)，由陰極、陽極和電解質(zhì)組成，從技術(shù)原理可分為氧離子傳導(dǎo)型SOEC 和質(zhì)子傳導(dǎo)型SOEC，從結(jié)構(gòu)類型可分為平板式和管式。
碘硫循環(huán)制氫則主要分為本生反應(yīng)、碘化氫分解和硫酸分解三個(gè)步驟，反應(yīng)的凈結(jié)果為水分解生成氫氣和氧氣。
兩者相比，SOEC 的商業(yè)化成熟度較高，技術(shù)路線明確，無需貴金屬材料，未來可以通過規(guī)?；瘜?shí)現(xiàn)降本，但瓶頸在于單堆功率較低，和核能的大規(guī)模工業(yè)制氫適配度較低。碘硫循環(huán)制氫尚未實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，初期投資成本大，但具備規(guī)模經(jīng)濟(jì)性，與核能大規(guī)模工業(yè)制氫匹配度高。
核能制氫的技術(shù)路線可分為核電制氫(機(jī)組為制氫提供電能)、核熱制氫(機(jī)組為制氫提供熱能)和電熱混合制氫(機(jī)組為制氫提供熱能和電能)三種。能夠與制氫工藝耦合的反應(yīng)堆有多種選擇, 但從制氫的角度來看, 制氫效率與工作溫度密切相關(guān)，高溫 ( 出口溫度700-950℃ ) 和超高溫反應(yīng)堆( 出口溫度950 ℃以上) 是最優(yōu)選擇。
核電制氫即一般的電解水制氫，該工藝產(chǎn)氫效率(55%~60%)較低，美國開發(fā)的SPE先進(jìn)電解水技術(shù)可將電解效率提升為90%，即便如此，由于核電站的熱電轉(zhuǎn)換效率僅為35%左右，因此核能電解水制氫最終的總效率只有30%甚至更低。在目前成熟的制氫工藝中，電解水制氫的成本最高，因此核電制氫目前基本不具備競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，很難規(guī)?；茝V應(yīng)用。
核熱制氫即熱化學(xué)制氫，是將核反應(yīng)堆與熱化學(xué)循環(huán)制氫裝置耦合，使水在800℃至1000℃下催化熱分解，從而制取氫和氧，熱能至氫能的轉(zhuǎn)換率可達(dá)60%甚至更高，目前的最優(yōu)方案是美國通用原子能公司開發(fā)的碘硫循環(huán)。
電熱混合制氫是利用先進(jìn)核反應(yīng)堆提供的工藝熱(約30%)和電能(約70%)，在750℃至950℃的高溫下將水蒸氣高效電解為氫氣和氧氣，其制氫效率接近60%。
核熱制氫和電熱混合制氫目前技術(shù)成熟度仍較低，面臨的主要挑戰(zhàn)是耐高溫材料的研發(fā)。制氫工藝都需要核反應(yīng)堆提供高溫工藝熱，但這類反應(yīng)堆全部屬于第四代反應(yīng)堆，目前除了高溫氣冷堆建成示范項(xiàng)目之外，其它的堆型均處于研究設(shè)計(jì)階段，尚未進(jìn)行工程驗(yàn)證，距商業(yè)化推廣仍有較長(zhǎng)時(shí)間，且面臨很大不確定性。
因此，美、英、日以及中國等核大國目前都將高溫氣冷堆列為核能制氫的首選方案。
當(dāng)前，核能制氫商業(yè)化還需克服諸多挑戰(zhàn)。
一是核能制氫的經(jīng)濟(jì)性尚待驗(yàn)證，成本是核能制氫能否實(shí)現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)利用的關(guān)鍵因素。
彭博新能源財(cái)經(jīng)(BNEF)在其2021 年9 月發(fā)布的《探索核電制氫經(jīng)濟(jì)性》報(bào)告中就指出，目前在役核電機(jī)組平準(zhǔn)化度電成本(LCOE)高昂，利用其制氫比風(fēng)電或光伏制氫更為昂貴。除非核電與制氫系統(tǒng)的成本顯著降低，核電制氫并不具備競(jìng)爭(zhēng)力。
二是能高效率制氫的高溫氣冷堆技術(shù)還不成熟，其工藝系統(tǒng)、關(guān)鍵設(shè)備、核心材料等技術(shù)都還需要進(jìn)一步試驗(yàn)和改進(jìn)。
此外，安全性也是制約核能制氫的一大因素之一。
