鋼鐵生產(chǎn)排放的二氧化碳占全球總量的7%以上。未來(lái)幾十年，隨著從能源、交通到建筑和家電等各個(gè)領(lǐng)域?qū)︿撹F需求的不斷增長(zhǎng)，這一比例還將激增。然而，核能能夠有助于鋼鐵生產(chǎn)走上凈零排放的道路。

全球每年生產(chǎn)約20億噸鋼鐵。根據(jù)國(guó)際能源機(jī)構(gòu)的預(yù)測(cè)，到2050年，鋼鐵需求量預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)三分之一以上，主要集中在發(fā)展中國(guó)家。越來(lái)越多的全球公司正在尋找使該行業(yè)能源密集型工業(yè)流程脫碳的方法。

鋼鐵行業(yè)主要依靠焦煤為高爐提供動(dòng)力，高爐將鐵礦石轉(zhuǎn)化為鋼材，這一過(guò)程會(huì)排放大量二氧化碳。然而，使用一種稱(chēng)為直接還原鐵的方法可以煉鋼，在這種方法中，氫與鐵礦石發(fā)生反應(yīng)而不熔化，并且排放水蒸氣而不產(chǎn)生二氧化碳。

“生產(chǎn)綠色鋼鐵所需的氫數(shù)量驚人。傳統(tǒng)上，幾乎所有的氫都是用化石燃料生產(chǎn)的，因此尋找必要數(shù)量的脫碳?xì)鋵⑹亲畲蟮奶魬?zhàn)之一。”原子能機(jī)構(gòu)非電力應(yīng)用技術(shù)負(fù)責(zé)人 Francesco Ganda說(shuō)，“零排放的核能制氫能夠真正改變這一行業(yè)的游戲規(guī)則，因?yàn)楹四苡锌赡苋旌蛱峁┳銐虻臒崃亢碗娏?，生產(chǎn)出所需數(shù)量的氫。這可有助于在清潔能源轉(zhuǎn)型方面取得巨大進(jìn)展。

”核反應(yīng)堆與制氫裝置耦合，可作為熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)高效地生產(chǎn)能源和制氫，該系統(tǒng)配有電解或熱化學(xué)工藝組件。電解是利用直流電誘導(dǎo)水分子分裂，同時(shí)產(chǎn)生氫和氧的過(guò)程。

水電解的工作溫度相對(duì)較低，不到100攝氏度，而蒸汽電解的工作溫度高得多，約為700攝氏度至800攝氏度，所需的電力也比水電解少。水電解是利用電力將水中的氫與氧分離的過(guò)程。這種技術(shù)已實(shí)現(xiàn)商業(yè)利用幾十年。高溫電解遵循相同的原理，但使用的是蒸汽形式的水，從而減少了所需的電量。

電解槽技術(shù)的進(jìn)步使傳統(tǒng)核反應(yīng)堆的制氫效率更高、成本更低。美國(guó)至少有一座核電廠（位于明尼蘇達(dá)州草原島）正在安裝高溫電解槽，并利用反應(yīng)堆的熱量來(lái)降低用電量，從而降低核能制氫的成本?！?/p>

固體氧化物電解槽的高溫工藝可以利用核電廠以蒸汽形式提供的熱能，使電解槽具有令人難以置信的高效率，”生產(chǎn)發(fā)電用固體氧化物燃料電池的Bloom能源公司制氫業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)經(jīng)理Akhil Batheja說(shuō)，“由于電力成本占電解制氫成本的大部分，這為核電廠和低碳制氫提供了最佳經(jīng)濟(jì)價(jià)值基礎(chǔ)?！?/p>

原子能機(jī)構(gòu)的作用

原子能機(jī)構(gòu)通過(guò)支持對(duì)現(xiàn)有核能力用于制氫的研究，包括通過(guò)協(xié)調(diào)研究項(xiàng)目，幫助各國(guó)。為協(xié)助各國(guó)評(píng)價(jià)、規(guī)劃核能制氫項(xiàng)目和制定發(fā)展戰(zhàn)略，原子能機(jī)構(gòu)還組織了技術(shù)會(huì)議，并開(kāi)發(fā)了“氫經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)程序”，作為評(píng)估利用核能大規(guī)模制氫的技術(shù)經(jīng)濟(jì)可行性的工具。此外，原子能機(jī)構(gòu)在 2022年還發(fā)起了一項(xiàng)倡議，為利用核能制氫的商業(yè)部署制定路線圖，并發(fā)布了關(guān)于通過(guò)核能熱電聯(lián)產(chǎn)制氫的電子學(xué)習(xí)課程。

“世界上有幾個(gè)國(guó)家正在探索和測(cè)試?yán)煤四芮鍧嵵茪?，包括用于鋼鐵生產(chǎn)?！痹幽軝C(jī)構(gòu)核能司司長(zhǎng)Aline des Cloizeaux說(shuō)，“隨著更高效的新型電解槽技術(shù)的出現(xiàn)，以及高溫反應(yīng)堆等先進(jìn)反應(yīng)堆技術(shù)的部署，核能完全有能力為清潔制氫以及鋼鐵生產(chǎn)和其他行業(yè)脫碳作出重要貢獻(xiàn)?！?/p>