You are here

Декарбонизация сталеварения с помощью водорода, производимого с использованием ядерной энергии

Mariia Platonova

Использование низкоуглеродной ядерной энергии для производства водорода может способствовать декарбонизации сталелитейной промышленности. (Фото: Adobe Stock)

На производство стали приходится более 7 процент мировых выбросов углекислого газа (CO2). В ближайшие десятилетия этот процент будет расти вместе со спросом на сталь, которая крайне востребована в различных отраслях: от энергетики и транспорта до строительства и производства бытовой техники. Однако благодаря ядерной энергии производство стали в будущем можно будет вывести на нулевой уровень выбросов.

Ежегодно в мире производится около двух миллиардов тонн стали. По прогнозам Международного энергетического агентства, к 2050 году спрос на сталь вырастет более чем на треть, в основном в развивающихся странах. Все больше мировых компаний ищут способы декарбонизации энергоемких промышленных процессов в этой отрасли.

В сталелитейной промышленности широко применяется коксующийся уголь, который служит топливом для доменных печей и восстановительным агентом для получения стали, в процессе чего выделяется большое количество СО2. Однако сталь можно получить в ходе так называемого прямого восстановления железа, при котором в реакцию с железной рудой без ее плавления вступает водород, с выделением водяного пара и без выхода СО2.

В ряде стран мира исследуются и испытываются варианты использования ядерной энергии для производства экологически чистого водорода, в том числе и для целей сталелитейной отрасли.
Алин де Клуазо, директор Отдела ядерной энергетики МАГАТЭ

«Для производства "зеленой" стали требуются огромные объемы водорода. Традиционно для производства водорода почти всегда использовалось ископаемое топливо, поэтому поиск способа декарбонизации производства водорода в необходимых количествах будет одной из самых сложных задач, — отмечает технический руководитель по неэлектрическим применениям МАГАТЭ Франческо Ганда. — Производство водорода с использованием ядерной энергии, которое характеризуется нулевым уровнем выбросов углекислого газа, может кардинально изменить ситуацию в отрасли, поскольку ядерная энергетика способна круглосуточно давать достаточное количество тепла и электроэнергии для производства необходимого количества водорода. Это может помочь добиться огромных успехов в переходе к экологически чистой энергетике».

Ядерные энергетические реакторы, соединенные с установкой по производству водорода, могут эффективно производить как энергию, так и водород, образуя систему когенерации, оснащенную компонентами для электролиза или термохимических процессов. Электролиз — это процесс выделения водорода и кислорода из молекул воды с помощью постоянного электрического тока.

Электролиз воды происходит при относительно низких температурах — менее 100 градусов Цельсия, в то время как электролиз водяного пара происходит при гораздо более высоких температурах — от 700 до 800 градусов Цельсия — и требует меньше электроэнергии, чем электролиз воды. При электролизе воды для отделения водорода от кислорода используется электричество. Эта технология доступна на рынке уже несколько десятилетий. В основе высокотемпературного электролиза лежит тот же принцип, но используется вода в виде пара, благодаря чему уменьшается количество необходимой электроэнергии.

Достижения в области технологий электролизеров позволили сделать производство водорода на основе обычных ядерных энергетических реакторов более эффективным и дешевым. По крайней мере на одной атомной электростанции в Соединенных Штатах Америки — «Прейри-Айленд» в Миннесоте — установлен высокотемпературный электролизер и благодаря использованию тепла реактора снижается потребление электроэнергии и, соответственно, стоимость производства водорода с использованием ядерной энергии.

«В процессе высокотемпературного твердооксидного электролиза может быть задействована тепловая энергия пара, вырабатываемого на атомной электростанции, благодаря чему достигается крайне высокий КПД электролизера, — говорит Ахил Батеджа, директор по развитию водородного бизнеса компании “Блум энерджи”, которая производит твердооксидные топливные элементы для производства энергии. — Поскольку основную часть расходов, связанных с получением водорода электролизом, составляют затраты на электроэнергию, с точки зрения экономики целесообразнее всего использовать мощности АЭС для производства низкоуглеродного водорода».

Роль МАГАТЭ

МАГАТЭ помогает странам, содействуя исследованиям в области использования существующего ядерного потенциала для производства водорода, в том числе в рамках проектов координированных исследований. Кроме того, чтобы помочь странам в оценке, планировании и разработке стратегии развития проектов по производству водорода с использованием ядерной энергии, МАГАТЭ организует технические совещания, а также разработало Программу экономической оценки водорода, позволяющую определить технико-экономическую целесообразность крупномасштабного производства водорода с использованием ядерной энергии. Кроме того, в 2022 году МАГАТЭ выступило с инициативой по разработке дорожной карты коммерческого внедрения производства водорода с использованием ядерной энергии и запустило электронный учебный курс, посвященный производству водорода с помощью ядерной когенерации.

«В ряде стран мира исследуются и испытываются варианты использования ядерной энергии для производства экологически чистого водорода, в том числе и для целей сталелитейной отрасли», — говорит директор Отдела ядерной энергетики МАГАТЭ Алин де Клуазо. — Учитывая появление новых и более эффективных технологий электролизеров, а также внедрение в будущем технологий усовершенствованных реакторов, таких как высокотемпературные реакторы, ядерная энергия вполне может внести важнейший вклад в производство экологически чистого водорода и декарбонизацию производства стали и других отраслей промышленности».

09.2023
Vol. 64-3

Мы на связи

Рассылка новостей