日本加速發(fā)展能制氫的高溫氣冷堆

在走向脫碳社會(huì)的趨勢(shì)中，氫作為一種不排放二氧化碳的新能源越來(lái)越突出。氫氣燃燒時(shí)釋放出來(lái)的只有水。氫也有很高的熱容，當(dāng)用于燃料電池時(shí)會(huì)產(chǎn)生電能。在能源選擇中，它是一顆閃亮的星星，但問(wèn)題是使用哪種氫。

如果在制氫過(guò)程中排放出二氧化碳，那就沒(méi)有意義了。即使不是這樣，當(dāng)生產(chǎn)效率低的時(shí)候，能源也被浪費(fèi)了。事實(shí)上，日本已經(jīng)開發(fā)出制氫技術(shù)來(lái)克服這些缺點(diǎn)。高溫氣冷堆（HTGR）是下一代核能發(fā)電技術(shù)，它可以在發(fā)電的同時(shí)產(chǎn)生無(wú)限量的氫氣。

氫的來(lái)源很重要

生產(chǎn)氫氣有多種技術(shù)。大規(guī)模生產(chǎn)的主流方法是“重整”，即以天然氣或煤為原料。高溫蒸汽用于從天然氣或其他物質(zhì)中分離氫氣，但同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生二氧化碳。

近年來(lái)，氨作為一種新的燃料選擇引起了人們的關(guān)注，但由于它使用的是用這種方法產(chǎn)生的氫氣，因此并沒(méi)有達(dá)到無(wú)碳的理想狀態(tài)。利用太陽(yáng)能電解可以得到氫氣，二氧化碳不會(huì)排放，但會(huì)有能量損失。

先進(jìn)的高溫反應(yīng)器

核電不排放二氧化碳，但自福島核事故以來(lái)一直面臨不利因素。不過(guò)，日本原子能機(jī)構(gòu)正在茨城縣歐來(lái)鎮(zhèn)開發(fā)一種新型反應(yīng)堆，名為“高溫工程試驗(yàn)反應(yīng)堆”（HTTR）。

原則上，HTTR不易發(fā)生堆芯熔毀。此外，它是世界所需要的小型模塊化反應(yīng)堆。HTGRs的一個(gè)特點(diǎn)是利用氦氣產(chǎn)生950度的高溫，是常規(guī)核能的三倍。這種高溫可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電，同時(shí)通過(guò)水的熱化學(xué)分解產(chǎn)生氫氣，這是一個(gè)涉及碘和二氧化硫的循環(huán)過(guò)程。

這種被稱為IS（碘硫）工藝的反應(yīng)的商業(yè)化被認(rèn)為是有問(wèn)題的，但HTTR研究小組在兩年前實(shí)現(xiàn)了150小時(shí)的連續(xù)制氫——這是長(zhǎng)期運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)。

沒(méi)有嚴(yán)重事故的反應(yīng)堆

HTTR的熱輸出為30000千瓦。由于它處于發(fā)展的第一階段，它沒(méi)有配備發(fā)電機(jī)，但它具有高溫氣冷反應(yīng)堆的所有基本功能。

茨城反應(yīng)堆1998年開始運(yùn)行，但多年來(lái)一直保持低調(diào)。這一切在10年前東京電力公司福島第一核電站發(fā)生事故后都發(fā)生了變化。就在那時(shí)，新型反應(yīng)堆成了希望的燈塔。

它最近受到關(guān)注的主要原因是反應(yīng)堆的突出安全水平。它是一種新型反應(yīng)堆，其堆芯材料和結(jié)構(gòu)與常規(guī)核電站完全不同。

此外，高溫氣冷堆由于在結(jié)構(gòu)上不適合作為大型反應(yīng)堆，一段時(shí)間以來(lái)一直處于陰影中。但現(xiàn)在全球核電市場(chǎng)正轉(zhuǎn)向小型模塊化反應(yīng)堆。這是近期備受關(guān)注的第二個(gè)原因。由于這種類型的反應(yīng)堆不需要水來(lái)運(yùn)行，所以潛在的位置是深遠(yuǎn)的，從內(nèi)陸地區(qū)到沙漠。

引起新興趣的第三個(gè)原因是，繼《巴黎制止全球變暖協(xié)定》之后，對(duì)氫作為能源的需求日益增長(zhǎng)。

夏季準(zhǔn)備恢復(fù)運(yùn)營(yíng)

HTTR目前正在接受核監(jiān)管委員會(huì)的安全審查。2020年6月確認(rèn)符合新的監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)，正在審批施工計(jì)劃。如果施工工作順利進(jìn)行，預(yù)計(jì)2021年夏季恢復(fù)運(yùn)營(yíng)。

福島事故發(fā)生后整整十年的停工，終于在長(zhǎng)隧道盡頭看到了一道亮光。巴黎協(xié)議于2020年開始運(yùn)作，世界正迅速走向脫碳社會(huì)。雖然日本政府已經(jīng)明確打算在2050年之前將國(guó)內(nèi)外二氧化碳排放量降至零，但顯然，這一目標(biāo)不能僅僅通過(guò)使太陽(yáng)能等可再生能源成為日本的主要能源來(lái)實(shí)現(xiàn)。

今年冬季的寒意和大雪暴露了太陽(yáng)能發(fā)電的弱點(diǎn)。此外，一直彌補(bǔ)核電短缺的火電發(fā)電面臨天然氣采購(gòu)的延誤，造成嚴(yán)重的電力短缺。

日本的王牌

與歐洲不同的是，像日本這樣的島國(guó)要穩(wěn)定供電，就需要能源多樣化。核能在反應(yīng)堆中發(fā)揮著重要作用，一旦燃料投入反應(yīng)堆，它就可以連續(xù)運(yùn)行一年以上。但福島核電站的創(chuàng)傷使得新建和擴(kuò)建常規(guī)核電站（輕水反應(yīng)堆）都成了問(wèn)題。

這就是為什么迫切需要無(wú)嚴(yán)重事故高溫氣冷堆的商業(yè)化。日本目前在高溫氣冷堆技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位。波蘭等很多國(guó)家都對(duì)與日本的技術(shù)合作抱有強(qiáng)烈期望。

作為一項(xiàng)有利于氫能的脫碳創(chuàng)新，日本大力發(fā)展高溫氣冷反應(yīng)堆，它將傳遞一個(gè)非常有意義的信息。