La infraestructura energética del futuro podría ser muy diferente a la infraestructura de la que dependemos hoy.La investigación realizada por un equipo de expertos del Laboratorio Nuclear Nacional muestra que impulsar la producción de hidrógeno mediante energía nuclear podría ser económicamente viable.

Esta investigación fue publicada en la revistaExplotación y aplicación de nuevas energías.

Mark Bankhead, director del equipo de modelado químico, explica los antecedentes de la investigación: "El hidrógeno y los combustibles líquidos alternativos derivados del hidrógeno son un factor clave para que el Reino Unido alcance emisiones netas cero para 2050. La energía nuclear se puede combinar con diferentes tecnologías de producción de hidrógeno".Para informar nuestra estrategia para demostrar el valor de estas tecnologías para la década de 2030, desarrollamos un modelo que proporciona información sobre su desempeño tecnoeconómico.

"Hay ventajas competitivas de la termoquímicaproducción de hidrógenojunto con un reactor refrigerado por gas de alta temperatura (HTGR), y sabemos que hay más trabajo por hacer para optimizar estas tecnologías y aprovechar su potencial".

Una nueva forma de determinar la eficiencia y los costes

En un nuevo enfoque para determinar la economía de estas tecnologías, un innovadormodelo matemáticofue construido el cual acopladoenergía nucleara la tecnología de producción de hidrógeno.El modelo permite acoplar diferentes tecnologías de producción de hidrógeno, lo que permite comparar diferentes escenarios.

El modelo fue construido en dos partes.En primer lugar, lo físico yprocesos quimicosSe modelaron diferentes tecnologías de producción de hidrógeno.Esto proporcionó un método novedoso para determinar la eficiencia general de estos procesos industriales expresando el resultado del modelo como unidades de hidrógeno producidas por unidad de energía suministrada.En la segunda parte del modelo, esta medida de eficiencia se introdujo en un modelo económico.

Kate Taylor, modeladora de procesos en NNL, trabajó en elmodelo económico"Para determinar el precio de venta del hidrógeno, el modelo combina el coste de construcción y funcionamiento de una planta de hidrógeno con el coste de la electricidad y/o el calor necesarios para suministrarla.

"También incluimos estimaciones sobre cómo mejorará la tecnología de producción de hidrógeno y cómo la construcción de una flota de reactores nucleares perfeccionará nuestro conocimiento sobre el acoplamiento de plantas nucleares a estas tecnologías. Estamos prediciendo lo que sucederá en el futuro basándonos en nuestro conocimiento actual de la tecnología.desarrollo. Y las predicciones son muy alentadoras."

Probando diferentes escenarios

El hidrógeno se puede producir mediante electrólisis de vapor a alta temperatura, que requiere tanto calor como electricidad.También se puede producir mediante un ciclo termoquímico que solo requiere calor.En el modelado, ambos tipos de tecnología se acoplaron a un reactor de gas de alta temperatura, un tipo avanzado de energía nuclear.

El modelo demostró que la electrólisis de vapor a alta temperatura podría ser una forma rentable de producir hidrógeno cuando se acopla a un reactor de gas de alta temperatura, con un costo estimado de 1,24 a 2,14 £/kg, mientras que, para un ciclo termoquímico, es de 0,89 a 2,14 £/kg.2,88 £/kg.

La electrólisis de vapor es una tecnología más desarrollada que cualquier ciclo termoquímico, lo que significa que no sólo hay menos variación en el costo estimado, sino que la implementación puede ocurrir antes.En comparación con otras tecnologías de producción de energía con bajas emisiones de carbono que también podrían acoplarse a plantas de producción de hidrógeno, estos resultados muestran que los costos involucrados conenergía nuclearson competitivos.

El modelo es un punto de partida ideal para comparar tecnologías.Christopher Connolly, modelador de procesos en NNL y autor principal del estudio, desarrolló modelos de procesos físicos y químicos.Explica cómo los avances en las tecnologías de producción de hidrógeno pueden mejorar el modelo porque se basa en datos que describen cómo las moléculas se mueven e interactúan con los materiales utilizados para producir hidrógeno.

Connolly dice: "Predecir la eficiencia de la producción de hidrógeno significa que es necesario modelar los procesos prácticos utilizados para dividir el agua. Encontrardatos confiablesInvestigar la cinética de algunos procesos en la vanguardia del diseño de propiedades de materiales puede ser un desafío y la tecnología mejora todo el tiempo.

"Por ejemplo, cuando analizamos la electrólisis de vapor a alta temperatura, necesitábamos construir un modelo de celdas de electrólisis que utilizan un óxido sólido como electrolito. El óxido sólido generalmente está hecho de circonio estabilizado con itria, pero hay variaciones de este óxido.utilizado en diferentes diseños, en última instancia, el rendimiento del electrolito depende de qué tan bien esté hecho".

Predecir el futuro

La producción rentable de hidrógeno es sólo una de las ventajas de la tecnología nuclear.Aunque el estudio sólo modeló la eficiencia de sustancias químicas yprocesos fisicosPara la tecnología de producción de hidrógeno, existen otras ventajas al acoplar estas tecnologías a la energía nuclear, como una alta capacidad para producir hidrógeno, flexibilidad para estar cerca de los usuarios y la capacidad de ampliar su implementación.La energía nuclear también representa una fuente de energía fiable y no intermitente que reduciría la necesidad de almacenamiento intermedio de hidrógeno.

Ya se está desarrollando un reactor de gas de alta temperatura y se planea instalar un demostrador en el Reino Unido para la década de 2030.Mientras tanto, otros tipos de armas nuclearestecnologíapodría acoplarse a unhidrógenoplanta de producción para ayudar a cumplir los objetivos de cero emisiones netas.

Más información:Christopher Connolly et al, Análisis tecnoeconómico de la producción de hidrógeno asistida por calor a partir de energía nuclear,Explotación y aplicación de nuevas energías(2024).DOI: 10.54963/neea.v3i1.234