歐盟委員會公布了可再生氫(qing)氣詳細規(gui)則，旨在激勵投資者和行業從化(hua)石(shi)燃料生產氫(qing)轉向(xiang)由可再生電力生產氫(qing)。
其中(zhong)的授(shou)權法案規定了三種可(ke)(ke)以被(bei)計入(ru)可(ke)(ke)再(zai)(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)的氫(qing)氣(qi)(qi)，包括直(zhi)接連接新的可(ke)(ke)再(zai)(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)發電(dian)機所(suo)產生(sheng)的氫(qing)氣(qi)(qi)，在可(ke)(ke)再(zai)(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)比例超過90%的地區采(cai)用(yong)電(dian)網(wang)供電(dian)所(suo)生(sheng)產的氫(qing)氣(qi)(qi)，已(yi)經在低二(er)氧化碳排(pai)放限制的地區簽(qian)訂可(ke)(ke)再(zai)(zai)生(sheng)能(neng)源(yuan)電(dian)力購(gou)買協(xie)議后采(cai)用(yong)電(dian)網(wang)供電(dian)來生(sheng)產氫(qing)氣(qi)(qi)。
這意味著歐(ou)盟允許核能(neng)系統中生產(chan)的(de)部分氫(qing)氣(qi)計入其可再生能(neng)源目(mu)標。
一直以來，歐盟多國對于是(shi)否要將核能制氫(qing)納入“低碳氫(qing)氣”分類(lei)的(de)爭論(lun)不斷。
最終法國(guo)聯合其他(ta)八個歐(ou)(ou)(ou)盟(meng)(meng)成員國(guo)向(xiang)歐(ou)(ou)(ou)盟(meng)(meng)委員會致信(xin)稱，基于當前歐(ou)(ou)(ou)盟(meng)(meng)制定的(de)(de)“科技中(zhong)立”主張(zhang)和(he)“歐(ou)(ou)(ou)盟(meng)(meng)各(ge)成員國(guo)自行決定能(neng)源結構”的(de)(de)原(yuan)則(ze)，歐(ou)(ou)(ou)盟(meng)(meng)應修改當前的(de)(de)可(ke)再生能(neng)源分類規則(ze)，將利用核(he)能(neng)制得的(de)(de)氫氣納入低碳燃料的(de)(de)分類中(zhong)。
對于核能制氫的(de)重要性，聯合信件做出了如下解(jie)釋(shi)：
一方面(mian)，要達成(cheng)(cheng)既定的(de)(de)氣(qi)候目標(biao)，歐盟需要大量的(de)(de)新型燃料和低碳(tan)(tan)能源，低碳(tan)(tan)排的(de)(de)氫氣(qi)正(zheng)是其中(zhong)的(de)(de)重(zhong)要組成(cheng)(cheng)部分。如果持續對低碳(tan)(tan)氫氣(qi)發展(zhan)設置障礙(ai)，歐盟不僅(jin)可(ke)(ke)能無法達成(cheng)(cheng)氣(qi)候目標(biao)，更(geng)可(ke)(ke)能阻礙(ai)經濟增長。
另一方(fang)面，核能(neng)制氫(qing)將提高歐盟氫(qing)能(neng)產業在(zai)國際社會上(shang)的(de)(de)競爭力。聯合(he)信件進一步(bu)表示，風電、光(guang)伏等可再生能(neng)源電力存在(zai)間(jian)歇性的(de)(de)特(te)性，可能(neng)會影響到(dao)低碳(tan)氫(qing)氣的(de)(de)生產速度。
同時，美(mei)(mei)國(guo)政府(fu)已(yi)出臺了《通脹削減法(fa)案》以吸(xi)引跨國(guo)公司、推動低碳產(chan)(chan)業(ye)落地，而目前歐(ou)(ou)盟(meng)氫(qing)(qing)能(neng)產(chan)(chan)業(ye)仍在發展(zhan)初期(qi)，要提高(gao)歐(ou)(ou)盟(meng)氫(qing)(qing)能(neng)產(chan)(chan)業(ye)在全(quan)球的(de)競爭力，避(bi)免(mian)企(qi)業(ye)紛紛轉向美(mei)(mei)國(guo)投資，就不(bu)能(neng)“限制(zhi)氫(qing)(qing)能(neng)經濟的(de)發展(zhan)速度”。
將核(he)反應堆與先進制氫工(gong)藝耦(ou)合生(sheng)產得到的(de)氫氣(qi)也叫粉氫。
核(he)能(neng)(neng)制(zhi)氫(qing)(qing)的技術路線可分為(wei)(wei)核(he)電(dian)制(zhi)氫(qing)(qing)(機組(zu)為(wei)(wei)制(zhi)氫(qing)(qing)提供(gong)電(dian)能(neng)(neng))、核(he)熱(re)(re)制(zhi)氫(qing)(qing)(機組(zu)為(wei)(wei)制(zhi)氫(qing)(qing)提供(gong)熱(re)(re)能(neng)(neng))和電(dian)熱(re)(re)混合制(zhi)氫(qing)(qing)(機組(zu)為(wei)(wei)制(zhi)氫(qing)(qing)提供(gong)熱(re)(re)能(neng)(neng)和電(dian)能(neng)(neng))三種。
能夠與制氫工藝耦合的(de)(de)反應(ying)堆(dui)有多種選擇, 而高(gao)溫(wen)氣(qi)冷堆(dui)能夠提供高(gao)溫(wen)工藝熱，是目前最理想的(de)(de)高(gao)溫(wen)電解(jie)制氫的(de)(de)核反應(ying)堆(dui)。在800℃下，高(gao)溫(wen)電解(jie)的(de)(de)理論(lun)效率(lv)高(gao)于50%，溫(wen)度升(sheng)高(gao)會使(shi)效率(lv)進一步提高(gao)。
在此種方案下，高(gao)溫(wen)氣(qi)冷堆(dui)(出(chu)口溫(wen)度700℃～950℃)和超高(gao)溫(wen)氣(qi)冷堆(dui)(出(chu)口溫(wen)度950℃以上)是目(mu)前最理想的高(gao)溫(wen)電解制氫的核反應堆(dui)。
高溫氣冷堆提供了制氫(qing)需(xu)要的熱(re)源，其(qi)匹配的技術路線(xian)主要有兩(liang)條：固體氧(yang)化(hua)物電解水制氫(qing)(SOEC)和碘硫循環(huan)制氫(qing)。
高溫固體氧化物電(dian)解水制(zhi)氫(SOEC)為全固態結構，由陰極、陽(yang)極和電(dian)解質組成，從技術原理可分為氧離子(zi)傳(chuan)導型(xing)SOEC 和質子(zi)傳(chuan)導型(xing)SOEC，從結構類型(xing)可分為平板式(shi)(shi)和管式(shi)(shi)。
碘硫(liu)循環制氫則主要分為本生(sheng)反應、碘化氫分解和(he)硫(liu)酸分解三個(ge)步驟(zou)，反應的(de)凈結果為水分解生(sheng)成(cheng)氫氣和(he)氧氣。
兩(liang)者相比，SOEC 的商業(ye)化成熟(shu)度(du)較(jiao)高(gao)，技(ji)術路線(xian)明確，無需(xu)貴金屬(shu)材料，未(wei)來(lai)可(ke)以(yi)通過規(gui)模化實(shi)現降本，但(dan)瓶頸(jing)在于單(dan)堆功率較(jiao)低，和核能(neng)的大(da)(da)規(gui)模工業(ye)制氫(qing)(qing)適(shi)配度(du)較(jiao)低。碘硫循(xun)環制氫(qing)(qing)尚未(wei)實(shi)現商業(ye)化，初期投資成本大(da)(da)，但(dan)具備(bei)規(gui)模經濟性，與核能(neng)大(da)(da)規(gui)模工業(ye)制氫(qing)(qing)匹(pi)配度(du)高(gao)。
核(he)(he)能(neng)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)的技術路線(xian)可分為(wei)核(he)(he)電(dian)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(機(ji)(ji)組為(wei)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)提供電(dian)能(neng))、核(he)(he)熱制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(機(ji)(ji)組為(wei)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)提供熱能(neng))和(he)電(dian)熱混合(he)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)(機(ji)(ji)組為(wei)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)提供熱能(neng)和(he)電(dian)能(neng))三(san)種。能(neng)夠與(yu)制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)工(gong)藝耦合(he)的反應堆(dui)有(you)多種選(xuan)擇(ze), 但從制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)的角度來看, 制(zhi)(zhi)氫(qing)(qing)效率(lv)與(yu)工(gong)作溫(wen)度密切相關，高溫(wen) ( 出(chu)口溫(wen)度700-950℃ ) 和(he)超高溫(wen)反應堆(dui)( 出(chu)口溫(wen)度950 ℃以上) 是最優選(xuan)擇(ze)。
核(he)電(dian)制(zhi)氫(qing)即(ji)一(yi)般(ban)的(de)(de)(de)電(dian)解水制(zhi)氫(qing)，該(gai)工藝(yi)(yi)產氫(qing)效率(lv)(lv)(55%~60%)較低，美國開(kai)發的(de)(de)(de)SPE先進電(dian)解水技術可(ke)將電(dian)解效率(lv)(lv)提升為(wei)(wei)90%，即(ji)便(bian)如此(ci)，由于核(he)電(dian)站的(de)(de)(de)熱電(dian)轉換效率(lv)(lv)僅為(wei)(wei)35%左右，因此(ci)核(he)能電(dian)解水制(zhi)氫(qing)最(zui)終的(de)(de)(de)總效率(lv)(lv)只有(you)30%甚至更低。在(zai)目前成熟的(de)(de)(de)制(zhi)氫(qing)工藝(yi)(yi)中，電(dian)解水制(zhi)氫(qing)的(de)(de)(de)成本最(zui)高，因此(ci)核(he)電(dian)制(zhi)氫(qing)目前基本不具備(bei)競爭(zheng)優勢(shi)，很(hen)難規模化推廣應用。
核熱(re)制氫(qing)(qing)(qing)即熱(re)化(hua)學制氫(qing)(qing)(qing)，是將(jiang)核反應堆(dui)與熱(re)化(hua)學循環制氫(qing)(qing)(qing)裝(zhuang)置耦合，使水(shui)在800℃至1000℃下催化(hua)熱(re)分(fen)解，從而制取氫(qing)(qing)(qing)和氧，熱(re)能至氫(qing)(qing)(qing)能的轉換(huan)率可(ke)達(da)60%甚至更高，目前的最優方案(an)是美(mei)國通(tong)用原子能公(gong)司開發的碘硫循環。
電(dian)熱混合制氫是利用先(xian)進核(he)反(fan)應堆提供的工(gong)藝熱(約30%)和(he)電(dian)能(約70%)，在(zai)750℃至950℃的高溫下將水蒸氣高效(xiao)電(dian)解為氫氣和(he)氧(yang)氣，其(qi)制氫效(xiao)率接近60%。
核熱制氫和(he)電熱混合制氫目(mu)前技(ji)術成熟度仍(reng)較低，面(mian)臨(lin)的(de)主(zhu)要挑(tiao)戰(zhan)是(shi)耐高溫材(cai)料(liao)的(de)研(yan)發。制氫工(gong)藝(yi)都需要核反(fan)(fan)應堆(dui)提(ti)供高溫工(gong)藝(yi)熱，但這類反(fan)(fan)應堆(dui)全部屬于第四代反(fan)(fan)應堆(dui)，目(mu)前除了高溫氣冷堆(dui)建成示范項目(mu)之外，其它的(de)堆(dui)型均處于研(yan)究設(she)計階(jie)段，尚未進行工(gong)程(cheng)驗證，距商(shang)業化推廣仍(reng)有較長時間(jian)，且面(mian)臨(lin)很(hen)大(da)不(bu)確定性。
因(yin)此，美、英(ying)、日以及中國(guo)等核(he)大國(guo)目前都將高溫氣冷堆列為核(he)能制氫(qing)的首選方案。
當(dang)前，核能制氫商業化(hua)還需克(ke)服諸多挑戰。
一是核(he)能(neng)(neng)制(zhi)氫的經濟性尚(shang)待驗證，成本是核(he)能(neng)(neng)制(zhi)氫能(neng)(neng)否實(shi)現(xian)大規模商(shang)業利用的關鍵(jian)因素。
彭博(bo)新能源財經(jing)(BNEF)在(zai)其2021 年(nian)9 月發(fa)布(bu)的(de)《探索核電(dian)(dian)(dian)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)經(jing)濟性》報告(gao)中就指(zhi)出，目前(qian)在(zai)役核電(dian)(dian)(dian)機組平(ping)準化度電(dian)(dian)(dian)成(cheng)本(LCOE)高昂(ang)(ang)，利用其制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)比風(feng)電(dian)(dian)(dian)或光伏(fu)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)更為昂(ang)(ang)貴。除非核電(dian)(dian)(dian)與制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)系統的(de)成(cheng)本顯著降低(di)，核電(dian)(dian)(dian)制(zhi)(zhi)(zhi)氫(qing)并不具(ju)備(bei)競爭力。
二是能高(gao)效(xiao)率制氫(qing)的(de)高(gao)溫氣冷堆(dui)技(ji)(ji)術(shu)還(huan)不成(cheng)熟，其工藝系統、關鍵設備、核心(xin)材料等技(ji)(ji)術(shu)都(dou)還(huan)需(xu)要(yao)進(jin)(jin)一步試(shi)驗和改進(jin)(jin)。
此外(wai)，安全(quan)性也(ye)是制(zhi)約核能制(zhi)氫的一大因素(su)之(zhi)一。
