Điện phân hơi nước nhiệt độ cao kết hợp nhiệt hạt nhân: hướng đi hiệu suất cao cho sản xuất hydro
Annie Nguyễn – 27/04/2026
Công nghệ điện phân hơi nước nhiệt độ cao (High-Temperature Steam Electrolysis – HTSE) kết hợp với nguồn nhiệt từ lò phản ứng hạt nhân đang nổi lên như một giải pháp đầy tiềm năng nhằm nâng cao hiệu suất sản xuất hydro, đồng thời giảm nhu cầu điện năng so với các phương pháp điện phân truyền thống.
Trong mô hình này, lò phản ứng nhiệt độ cao, đặc biệt là lò phản ứng khí nhiệt độ cao (HTGR), đóng vai trò trung tâm khi cung cấp nguồn nhiệt ở mức 600–900°C. Nguồn nhiệt này được sử dụng để tạo hơi nước, gia nhiệt nước cấp, hỗ trợ các phản ứng hóa học và đồng thời sản xuất điện thông qua chu trình tua-bin khí.
Hệ thống làm mát bằng helium của lò phản ứng truyền nhiệt qua các bộ trao đổi nhiệt, cung cấp năng lượng đồng thời cho cả chu trình phát điện và hệ thống điện phân. Điều này giúp tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng và giảm tổn thất trong toàn bộ hệ thống.
Ở khối điện phân, công nghệ sử dụng pin điện phân oxit rắn (Solid Oxide Electrolysis Cell – SOEC), hoạt động ở nhiệt độ từ 550–750°C. Ở mức nhiệt độ này, một phần lớn năng lượng cần thiết để tách nước thành hydro và oxy được cung cấp dưới dạng nhiệt thay vì điện, giúp giảm nhu cầu điện năng từ 20–30% so với điện phân nhiệt độ thấp.
Quy trình vận hành bao gồm việc chuyển nước thành hơi, đưa vào hệ thống điện phân, tách thành hydro và oxy, sau đó tách hơi nước dư và đưa hydro sang lưu trữ hoặc sử dụng. Nhờ tốc độ phản ứng nhanh hơn ở nhiệt độ cao, hiệu suất tổng thể của hệ thống được cải thiện đáng kể.
Song song đó, hệ thống còn tích hợp chu trình phát điện Brayton sử dụng khí helium, bao gồm máy nén áp suất cao và thấp, bộ làm mát trung gian, bộ thu hồi nhiệt, tua-bin khí và máy phát điện. Điện năng tạo ra được sử dụng để cấp cho hệ thống điện phân, trong khi nhiệt thải được tái sử dụng nhằm tối đa hóa hiệu suất nhiệt.
Ở mức nhiệt độ cao hơn, khoảng 900°C, nước có thể được phân tách trực tiếp thông qua các chu trình nhiệt hóa học mà không cần điện phân. Mặc dù công nghệ này vẫn đang trong giai đoạn phát triển, nó mang lại tiềm năng hiệu suất rất cao và giảm phụ thuộc vào các thiết bị điện phân.
Ngoài ra, nhiệt hạt nhân cũng có thể được sử dụng để hỗ trợ quá trình reforming methane bằng hơi nước (SMR). Việc tích hợp này giúp giảm tiêu thụ khí tự nhiên, cắt giảm khoảng 30% phát thải CO₂ và nâng cao hiệu suất nhiệt của toàn hệ thống, đồng thời mở ra khả năng phát triển các mô hình sản xuất hydro lai giữa hạt nhân, khí tự nhiên và công nghệ thu giữ carbon.
Công nghệ HTSE kết hợp hạt nhân cho thấy tiềm năng lớn trong việc xây dựng hệ thống sản xuất hydro quy mô lớn, ổn định và hiệu quả cao. Tuy nhiên, thách thức vẫn nằm ở chi phí đầu tư, độ phức tạp kỹ thuật và yêu cầu cao về an toàn trong vận hành các hệ thống tích hợp.
