使用低碳核電生產(chǎn)氫氣可能會對鋼鐵行業(yè)的脫碳產(chǎn)生影響。 (照片：Adobe Stock)

鋼鐵生產(chǎn)占全球二氧化碳 (CO 2 ) 排放量的 7% 以上。隨著鋼鐵需求的不斷增長，這一比例將在未來幾十年大幅上升，而鋼鐵對于能源、運(yùn)輸、建筑和消費(fèi)電器等行業(yè)至關(guān)重要。然而，核能可以幫助鋼鐵生產(chǎn)走向凈零生產(chǎn)。

全球每年生產(chǎn)約 20 億噸鋼鐵。據(jù)國際能源署稱，到 2050 年，鋼鐵需求預(yù)計將增長三分之一以上，主要是發(fā)展中國家。越來越多的全球公司正在尋找使該行業(yè)的能源密集型工業(yè)流程脫碳的方法。

鋼鐵工業(yè)很大程度上依賴煉焦煤為高爐提供動力，高爐將鐵礦石轉(zhuǎn)化為鋼鐵，這一過程會排放大量CO 2。然而，可以使用一種稱為鐵直接還原的方法來生產(chǎn)鋼，其中氫與鐵礦石發(fā)生反應(yīng)而不熔化，并釋放水蒸氣且不釋放CO 2。

“制造綠色鋼鐵所需的氫氣量是驚人的。傳統(tǒng)上，化石燃料幾乎全部用于產(chǎn)生氫氣，因此找到必要量的脫碳?xì)錃鈱⑹亲畲蟮奶魬?zhàn)之一。”國際原子能機(jī)構(gòu)非電力應(yīng)用技術(shù)負(fù)責(zé)人弗朗西斯科·甘達(dá)說。 “零排放的核氫生產(chǎn)確實(shí)可以改變該行業(yè)的游戲規(guī)則，因?yàn)楹穗娪袧摿μ峁┳銐虻臒崃亢碗娏?24/7 來生產(chǎn)所需數(shù)量的氫氣。這可能有助于在清潔能源轉(zhuǎn)型方面取得巨大進(jìn)步。”

核電反應(yīng)堆與制氫裝置相結(jié)合，可以作為熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)有效地生產(chǎn)能源和氫氣，并配備用于電解或熱化學(xué)過程的組件。電解是使用直流電誘導(dǎo)水分子分裂，產(chǎn)生氫氣和氧氣的過程。

水電解在低于 100 攝氏度的相對較低溫度下運(yùn)行，而蒸汽電解在約 700 至 800 攝氏度的較高溫度下運(yùn)行，并且比水電解所需的電力更少。水電解是利用電力將水中的氫與氧分離的過程。這種類型的技術(shù)已經(jīng)商業(yè)化數(shù)十年了。高溫電解遵循相同的原理，但使用蒸汽形式的水，從而減少所需的電量。

電解槽技術(shù)的進(jìn)步使得傳統(tǒng)核反應(yīng)堆的氫氣生產(chǎn)變得更加高效和便宜。美國至少一座核電站——明尼蘇達(dá)州的草原島——正在安裝高溫電解槽，并利用反應(yīng)堆產(chǎn)生的熱量來降低用電量，從而降低核氫生產(chǎn)的成本。

Bloom Energy 氫能業(yè)務(wù)開發(fā)總監(jiān) Akhil Batheja 表示：“固體氧化物電解槽的高溫工藝可以利用核電站中蒸汽形式的熱能，使電解槽具有令人難以置信的高效率。”一家生產(chǎn)用于發(fā)電的固體氧化物燃料電池的公司。 “由于電力成本占電解氫成本的大部分，這為核電站和生產(chǎn)低碳?xì)涮峁┝俗罴训慕?jīng)濟(jì)價值主張。”