核能制氢概念、优势及技术路径有哪些？

耦合电解制氢，已步入初步商业化阶段，电解槽端蕴含政策性机会。

1.核能制氢概念

核能制氢即将核反应堆与制氢相结合：核反应堆有大量多余的热能，而制氢需要大量额外的能量，核能作为清洁能源，不仅可以提供大规模制 氢所需的电力，还可以提供热化学循环制氢所需的热能。由核能耦合制氢产出的氢气也被称为“粉氢”。

2.核能制氢优势

氢能源本身优势

氢气作为新兴零碳的清洁能源， 燃烧性能好，热值高，运输能 耗低，并且可以通过燃料电池 将其转化为电能，然后在高峰 期作为电能出售，或者作为化 学燃料直接出售，拥有丰富的 应用场景。

可有效承接核能弃电 提升核能利用率

核电站开启后关停成本极高，一般每连续工 作 1-1.5 年才关停做检修。用电端的波峰波 谷使得在波谷无法消纳和存储。核能弃电制 氢能够为核产业提供额外产出，利于维持正 在老化的反应堆的服役状态，避免核设施的 废弃；耦合制氢可实现核电生产与需求曲线 匹配，提高核能的利用率和竞争力。

可提升制氢效率 降低制氢成本

全球 95% 工业氢采用蒸汽甲烷重整工艺 （SMR），成本低但生成额外的二氧化碳。采 用核能进行甲烷热分解（TDM）制氢，过程 中产生的碳是纯固体碳或炭黑，易捕捉，热 解所需高温可由核电厂直接提供。这种方式 能量需求极低，比常规水电解低 8 倍，而产 生的氢能比常规电解水高出几倍。

3.核能制氢的技术路径

核能制氢基本技术路径可分为：1.核能耦合甲烷蒸汽重整制氢（化石燃料重整制氢）、2.核能耦合高温蒸汽电解制氢、3.核能耦合热化学循环制 氢、4.常规冷水电解制氢；（其中利用核电电解水只是核能发电与传统电解的联合，仍属核能发电领域，不属于严格意义上的核能制氢技术）。

核能耦合甲烷蒸汽重整制氢

甲烷蒸汽重整制取含氢合成气（SMR）是目前工业领域主要的制氢技术，全球超过95%的工业氢采用该工艺制备。 该工艺通常以天然气为原料，成本低廉，规模大，但产生大量温室气体。

在SMR制取的混合气体中，氢气体积分数最高可达 74%，但其工艺温度为500～950 ℃，需要输入大量热量，天 然气与水蒸气在高温下反应转化为H2 和CO2。（传统方式为燃烧天然气（甲烷）提供热能，而核能耦合甲烷蒸汽 重整制氢利用核反应堆产生的热能作为甲烷气和水蒸气反应的热源）。

在传统甲烷蒸汽重整技术中，一部分甲烷作为反应原料生成 H2，另一部分甲烷作为燃料燃烧为反应提供能量。 因此，反应需要消耗大量天然气并生成大量CO2。核能耦合甲烷蒸汽重整技术利用核反应堆产生的废余热量为重 整反应提供高温热源，显著减少该技术所需的天然气和 CO2 排放，但需要配备有效的碳捕集和封存设施。

核能耦合核能耦合高温蒸汽电解制氢

高温蒸汽电解（HTSE）主要是利用核能提供的热量将液态水先提升为800~1 000 ℃的高温蒸汽然后再电解蒸汽，其 电解原理是基于固体氧化物电解（SO电解槽）过程实现，即固体氧化物燃料电池的逆过程；在 800 ℃高温下，产 生单位体积氢气的耗电量为 3 kW·h/m3 ，当反应温度进一步升高时，其耗电量会进一步下降。

高温蒸汽电解温度约在 600-1000℃，由于核反应堆提供了大量反应所需的热量，其电能消耗可以显著降低，比普通 冷水电解少1/3。同时低温热使得此技术在热力学上需要的电能减少，可以改善电解池的动力学，同时电解池中电 极表面反应的活化能能垒降低，可以提高反应效率，使得高温蒸汽电解的效率高于常规电解水。

核能耦合常规电解水/冷水电解制氢

电解水制氢需要大量的电能，在具有廉价电力或离网可再生能源电力供应前提下，电解水制氢具有一定的优势。电 解水制氢技术主要有碱水电解制氢、质子交换膜电解制氢和固体氧化物电解制氢等。目前碱水电解制氢已经比较成 熟。常规冷水质子交换膜制氢技术由于设备昂贵，暂无大范围使用。核能与其耦合可为其提供稳定的清洁电力，但 冷水电解耗电量较大，经济性方面不具优势。