在走向脫碳社會(huì)的趨勢(shì)中,氫作為一種不排放二氧化碳的新能源越來越突出。氫氣燃燒時(shí)釋放出來的只有水。氫也有很高的熱容,當(dāng)用于燃料電池時(shí)會(huì)產(chǎn)生電能。在能源選擇中,它是一顆閃亮的星星,但問題是使用哪種氫。
如果在制氫過程中排放出二氧化碳,那就沒有意義了。即使不是這樣,當(dāng)生產(chǎn)效率低的時(shí)候,能源也被浪費(fèi)了。事實(shí)上,日本已經(jīng)開發(fā)出制氫技術(shù)來克服這些缺點(diǎn)。高溫氣冷堆(HTGR)是下一代核能發(fā)電技術(shù),它可以在發(fā)電的同時(shí)產(chǎn)生無限量的氫氣。
氫的來源很重要
生產(chǎn)氫氣有多種技術(shù)。大規(guī)模生產(chǎn)的主流方法是“重整”,即以天然氣或煤為原料。高溫蒸汽用于從天然氣或其他物質(zhì)中分離氫氣,但同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。
近年來,氨作為一種新的燃料選擇引起了人們的關(guān)注,但由于它使用的是用這種方法產(chǎn)生的氫氣,因此并沒有達(dá)到無碳的理想狀態(tài)。利用太陽能電解可以得到氫氣,二氧化碳不會(huì)排放,但會(huì)有能量損失。
先進(jìn)的高溫反應(yīng)器
核電不排放二氧化碳,但自福島核事故以來一直面臨不利因素。不過,日本原子能機(jī)構(gòu)正在茨城縣歐來鎮(zhèn)開發(fā)一種新型反應(yīng)堆,名為“高溫工程試驗(yàn)反應(yīng)堆”(HTTR)。
原則上,HTTR不易發(fā)生堆芯熔毀。此外,它是世界所需要的小型模塊化反應(yīng)堆。HTGRs的一個(gè)特點(diǎn)是利用氦氣產(chǎn)生950度的高溫,是常規(guī)核能的三倍。這種高溫可以用來驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電,同時(shí)通過水的熱化學(xué)分解產(chǎn)生氫氣,這是一個(gè)涉及碘和二氧化硫的循環(huán)過程。
這種被稱為IS(碘硫)工藝的反應(yīng)的商業(yè)化被認(rèn)為是有問題的,但HTTR研究小組在兩年前實(shí)現(xiàn)了150小時(shí)的連續(xù)制氫——這是長期運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)。
沒有嚴(yán)重事故的反應(yīng)堆
HTTR的熱輸出為30000千瓦。由于它處于發(fā)展的第一階段,它沒有配備發(fā)電機(jī),但它具有高溫氣冷反應(yīng)堆的所有基本功能。
茨城反應(yīng)堆1998年開始運(yùn)行,但多年來一直保持低調(diào)。這一切在10年前東京電力公司福島第一核電站發(fā)生事故后都發(fā)生了變化。就在那時(shí),新型反應(yīng)堆成了希望的燈塔。
它最近受到關(guān)注的主要原因是反應(yīng)堆的突出安全水平。它是一種新型反應(yīng)堆,其堆芯材料和結(jié)構(gòu)與常規(guī)核電站完全不同。
此外,高溫氣冷堆由于在結(jié)構(gòu)上不適合作為大型反應(yīng)堆,一段時(shí)間以來一直處于陰影中。但現(xiàn)在全球核電市場(chǎng)正轉(zhuǎn)向小型模塊化反應(yīng)堆。這是近期備受關(guān)注的第二個(gè)原因。由于這種類型的反應(yīng)堆不需要水來運(yùn)行,所以潛在的位置是深遠(yuǎn)的,從內(nèi)陸地區(qū)到沙漠。
引起新興趣的第三個(gè)原因是,繼《巴黎制止全球變暖協(xié)定》之后,對(duì)氫作為能源的需求日益增長。
夏季準(zhǔn)備恢復(fù)運(yùn)營
HTTR目前正在接受核監(jiān)管委員會(huì)的安全審查。2020年6月確認(rèn)符合新的監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn),正在審批施工計(jì)劃。如果施工工作順利進(jìn)行,預(yù)計(jì)2021年夏季恢復(fù)運(yùn)營。
福島事故發(fā)生后整整十年的停工,終于在長隧道盡頭看到了一道亮光。巴黎協(xié)議于2020年開始運(yùn)作,世界正迅速走向脫碳社會(huì)。雖然日本政府已經(jīng)明確打算在2050年之前將國內(nèi)外二氧化碳排放量降至零,但顯然,這一目標(biāo)不能僅僅通過使太陽能等可再生能源成為日本的主要能源來實(shí)現(xiàn)。
今年冬季的寒意和大雪暴露了太陽能發(fā)電的弱點(diǎn)。此外,一直彌補(bǔ)核電短缺的火電發(fā)電面臨天然氣采購的延誤,造成嚴(yán)重的電力短缺。
日本的王牌
與歐洲不同的是,像日本這樣的島國要穩(wěn)定供電,就需要能源多樣化。核能在反應(yīng)堆中發(fā)揮著重要作用,一旦燃料投入反應(yīng)堆,它就可以連續(xù)運(yùn)行一年以上。但福島核電站的創(chuàng)傷使得新建和擴(kuò)建常規(guī)核電站(輕水反應(yīng)堆)都成了問題。
這就是為什么迫切需要無嚴(yán)重事故高溫氣冷堆的商業(yè)化。日本目前在高溫氣冷堆技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位。波蘭等很多國家都對(duì)與日本的技術(shù)合作抱有強(qiáng)烈期望。
作為一項(xiàng)有利于氫能的脫碳創(chuàng)新,日本大力發(fā)展高溫氣冷反應(yīng)堆,它將傳遞一個(gè)非常有意義的信息。
責(zé)任編輯: 江曉蓓