86 1(32)|2024 TECHNOLOGIE WODOROWE Technologie jądrowe Wybór technologii wodorowych, które mają być połączone z reaktorami jądrowymi, w dużej mierze zależy od rodzaju samej elektrowni jądrowej. Zaawansowane wysokotemperaturowe elektrownie jądrowe IV generacji w połączeniu z technologią produkcji wodoru są zdolne do przełączania się między wytwarzaniem energii a wydajnym wodorem na potrzeby przemysłu, a także ciężkiego transportu drogowego i morskiego. Do reaktorów jądrowych IV generacji należą: 1) reaktor chłodzony wodą w stanie nadkrytycznym (Supercritical-Water-Cooled Reactor – SCWR), 2) reaktor wysokotemperaturowy (Very-High-Temperature Reactor – VHTR), 3) reaktor prędki chłodzony gazem (Gas-Cooled Fast Reactor – GFR), 4) reaktor chłodzony stopionymi solami (Molten Salt Reactor – MSR), 5) reaktor prędki chłodzony sodem (Sodium-Cooled Fast Reactor – SFR), 6) reaktor prędki chłodzony ołowiem (Lead-Cooled Fast Reactor – LFR). Reaktor z wodą nadkrytyczną (SCWR) wykorzystuje wodę w stanie nadkrytycznym (odnośnie do punktu krytycznego wody – 374°C i 22 MPa, a nie krytycznej masy paliwa nuklearnego) jako moderatora neutronów oraz chłodziwa. SCWR oparty jest na dwóch sprawdzonych technologiach: reaktorów LWR, które są najczęściej używanymi reaktorami energetycznymi na świecie, oraz na kotłach opalanych paliwami kopalnymi z wodą w stanie nadkrytycznym, których duża liczba jest również używana Elektroliza alkaliczna Elektroliza z membraną polimerową (PEM) Elektroliza stopionych tlenków Reforming parowy metanu Cykl termochemiczny S-I Gotowość technologiczna 9 6-8 5 9 4 Temperatura (°C) 60 60 800 870 910 Ciśnienie (atm) 1 1 1,57 4,1 3,85 Efektywność (HHV, %) 30 27 36 79 25 Elektryczność (MJ) 180 200 146 1,4 75 Ciepło (MJ) 26 26 30 0 375 Woda (l) 11,5 11,5 83 10,3 9 Gaz ziemny (kg) 0 0 0 2,9 0 CO2 na zewnątrz (kg) 0 0 0 5-11 0 Koszt produkcji (dol.) 5,92 3,56-5,46 2,24-3,73 1,54-2,3 2,18-5,65 Tab. 1. Hybrydowe systemy energii jądrowej do produkcji wodoru (wydajność zakłada 40-procentową konwersję ciepła na energię elektrycznąj) Źródło: Pinksy R. i in.: Comparative review of hydrogen production technologies for nuclear hybrid energy systems. „Progress in Nuclear Energy” 123(4)/2020 na całym świecie. Głównym zamierzeniem SCWR jest wytwarzanie taniej energii elektrycznej. Projekt reaktora wysokotemperaturowego (VHTR) wykorzystuje rdzeń z moderatorem grafitowym oraz hel jako chłodziwo. Pracuje w cyklu otwartym z jednokrotnym cyklem paliwa uranowego. Konstrukcja tego typu reaktora zakłada temperaturę na wyjściu ok. 1000°C. Tak wysoka temperatura umożliwia wykorzystanie ciepła procesowego czy produkcję wodoru w cyklu termochemicznym (cykl jodowo-siarkowy). System GFR stanowi reaktor prędki wysokotemperaturowy chłodzony helem pracujący w cyklu zamkniętym. Łączy on zalety reaktora prędkiego pod względem możliwości powielania paliwa i zagwarantowania długoletnich dostaw uranu oraz minimalizacji ilości i radiotoksyczności odpadów promieniotwórczych (poprzez wielokrotny przerób wypalonego paliwa i spalanie długożyciowych aktynowców) z zaletami systemów wysokotemperaturowych (wysoka sprawność termodynamiczna i możliwość wykorzystania ciepła w procesach przemysłowych np. do produkcji wodoru, podobnie jak w reaktorze VHTR). Reaktor MSR wykorzystuje stopione sole jako czynnik chłodzący. System pracuje przy niskich ciśnieniach i temperaturach czynnika chłodzącego dochodzących do ponad 700°C. W reaktorze chłodzonym stopionymi solami paliwo uranowe bądź torowe przepływa rozpuszczone w solach fluorków (sodu, litu, lub berylu) przez kanały w grafitowym rdzeniu moderatora. Ponieważ paliwo ma postać cieczy, można usuwać z niego na bieżąco produkty rozszczepienia, jednocześnie uzupełniaFOT. 536706832/ADOBE STOCK
RkJQdWJsaXNoZXIy NzIxMjcz