Việc kết hợp công nghệ sản xuất hạt nhân và hydro có thể tạo ra giải pháp thay thế giá cả phải chăng cho nhiên liệu hóa thạch
Phân tích mới cho thấy công nghệ hạt nhân tiên tiến kết hợp với công nghệ sản xuất hydro mới nổi có thể tạo ra giải pháp thay thế sạch và giá cả phải chăng cho nhiên liệu hóa thạch
Cơ sở hạ tầng năng lượng trong tương lai có thể trông rất khác so với cơ sở hạ tầng mà chúng ta đang dựa vào hiện nay. Nghiên cứu của một nhóm chuyên gia từ Phòng thí nghiệm hạt nhân quốc gia cho thấy việc cung cấp năng lượng cho sản xuất hydro bằng năng lượng hạt nhân có thể khả thi về mặt kinh tế.
Mark Bankhead , Trưởng nhóm mô hình hóa hóa học, giải thích bối cảnh nghiên cứu:
“Hydro và nhiên liệu lỏng thay thế có nguồn gốc từ hydro là yếu tố quan trọng giúp Vương quốc Anh đạt được mức phát thải ròng bằng 0 vào năm 2050. Năng lượng hạt nhân có thể được kết hợp với các công nghệ sản xuất hydro khác nhau.
Để thông báo chiến lược của chúng tôi nhằm chứng minh giá trị của các công nghệ này vào những năm 2030, chúng tôi đã phát triển một mô hình cung cấp thông tin chi tiết về hiệu suất kinh tế kỹ thuật của chúng. Có những lợi thế cạnh tranh của sản xuất hydro nhiệt hóa học kết hợp với Lò phản ứng làm mát bằng khí nhiệt độ cao (HTGR), và chúng tôi biết rằng vẫn còn nhiều việc phải làm để tối ưu hóa các công nghệ này và hiện thực hóa tiềm năng của công nghệ này.”
Một cách mới để xác định hiệu quả và chi phí
Trong một cách tiếp cận mới để xác định tính kinh tế của các công nghệ này, một mô hình toán học đột phá đã được xây dựng để kết hợp năng lượng hạt nhân với công nghệ sản xuất hydro. Mô hình cho phép kết hợp các công nghệ sản xuất hydro khác nhau, nghĩa là có thể so sánh các kịch bản khác nhau.
Mô hình được xây dựng thành hai phần. Đầu tiên, các quá trình vật lý và hóa học của các công nghệ sản xuất hydro khác nhau được mô hình hóa. Điều này cung cấp một phương pháp mới để xác định hiệu quả chung của các quá trình công nghiệp này bằng cách thể hiện đầu ra của mô hình dưới dạng các đơn vị hydro được sản xuất trên mỗi đơn vị năng lượng cung cấp. Trong phần thứ hai của mô hình, thước đo hiệu quả này được đưa vào một mô hình kinh tế.
Kate Taylor, một nhà mô hình hóa quy trình tại NNL, đã làm việc về mô hình kinh tế:
“Để xác định giá bán hydro, mô hình kết hợp chi phí xây dựng và vận hành nhà máy hydro với chi phí điện và/hoặc nhiệt cần thiết để cung cấp nhà máy.
Chúng tôi cũng đưa vào các ước tính về cách công nghệ sản xuất hydro sẽ được cải thiện và cách xây dựng một đội lò phản ứng hạt nhân sẽ tinh chỉnh kiến thức của chúng tôi về việc kết nối các nhà máy hạt nhân với các công nghệ này. Chúng tôi đang dự đoán những gì sẽ xảy ra trong tương lai dựa trên kiến thức hiện tại của chúng tôi về phát triển công nghệ. Và các dự đoán rất đáng khích lệ.”
Kiểm tra các kịch bản khác nhau
Hydro có thể được sản xuất bằng phương pháp điện phân hơi nước nhiệt độ cao đòi hỏi cả nhiệt và điện. Nó cũng có thể được sản xuất bằng chu trình nhiệt hóa học chỉ cần nhiệt. Trong mô hình, cả hai loại công nghệ đều được kết hợp với lò phản ứng khí nhiệt độ cao, một loại năng lượng hạt nhân tiên tiến.
Mô hình cho thấy điện phân hơi nước nhiệt độ cao có thể là một cách tiết kiệm chi phí để sản xuất hydro khi kết hợp với lò phản ứng khí nhiệt độ cao, với chi phí ước tính từ 1,24 đến 2,14 £/kg, trong khi đối với chu trình nhiệt hóa học là 0,89 đến 2,88 £/kg. Điện phân hơi nước là công nghệ phát triển hơn bất kỳ chu trình nhiệt hóa học nào, điều này có nghĩa là không chỉ có ít biến động hơn về chi phí ước tính mà việc triển khai có thể diễn ra sớm hơn. So với các công nghệ sản xuất năng lượng carbon thấp khác cũng có thể kết hợp với các nhà máy sản xuất hydro, những kết quả này cho thấy chi phí liên quan đến năng lượng hạt nhân là cạnh tranh.
Mô hình là điểm khởi đầu lý tưởng để so sánh các công nghệ. Christopher Connolly, một nhà mô hình hóa quy trình tại NNL và là tác giả chính của nghiên cứu, đã phát triển các mô hình về các quy trình vật lý và hóa học. Ông giải thích cách phát triển các công nghệ sản xuất hydro có thể cải thiện mô hình vì nó dựa trên dữ liệu mô tả cách các phân tử di chuyển và tương tác với các vật liệu được sử dụng để sản xuất hydro: “ Dự đoán hiệu quả sản xuất hydro có nghĩa là bạn cần mô hình hóa các quy trình thực tế được sử dụng để phân tách nước. Việc tìm kiếm dữ liệu đáng tin cậy về động học của một số quy trình tiên tiến trong thiết kế tính chất vật liệu có thể là một thách thức và công nghệ đang được cải thiện liên tục. Ví dụ, khi chúng tôi xem xét quá trình điện phân hơi nước ở nhiệt độ cao, chúng tôi cần xây dựng một mô hình các ô điện phân sử dụng oxit rắn làm chất điện phân. Oxit rắn thường được làm bằng zirconia ổn định yttria, nhưng các biến thể của oxit này được sử dụng trong các thiết kế khác nhau. Cuối cùng, hiệu suất của chất điện phân phụ thuộc vào mức độ sản xuất tốt của nó.”
Mời các đối tác xem hoạt động của Công ty TNHH Pacific Group.
FanPage: https://www.facebook.com/Pacific-Group
YouTube: https://www.youtube.com/@PacificGroupCoLt
Dự đoán tương lai
Sản xuất hydro tiết kiệm chi phí chỉ là một lợi thế của công nghệ hạt nhân. Mặc dù nghiên cứu chỉ mô hình hóa hiệu quả của các quá trình hóa học và vật lý đối với công nghệ sản xuất hydro, nhưng vẫn có những lợi thế khác khi kết hợp các công nghệ này với năng lượng hạt nhân như công suất sản xuất hydro cao, tính linh hoạt khi đặt gần người dùng và khả năng mở rộng quy mô triển khai. Năng lượng hạt nhân cũng là nguồn điện đáng tin cậy, không gián đoạn, giúp giảm nhu cầu lưu trữ đệm hydro.
Một lò phản ứng khí nhiệt độ cao hiện đang được phát triển và một lò phản ứng trình diễn đang được lên kế hoạch tại Anh vào những năm 2030. Trong thời gian chờ đợi, các loại công nghệ hạt nhân khác có thể được kết hợp với một nhà máy sản xuất hydro để giúp đạt được mục tiêu phát thải ròng bằng 0.
Nghiên cứu này đã được công bố trên tạp chí New Energy Exploitation and Application.
Việc kết hợp công nghệ sản xuất hạt nhân và hydro có thể tạo ra giải pháp thay thế giá cả phải chăng cho nhiên liệu hóa thạch
