미래의 에너지 인프라는 오늘날 우리가 의존하는 인프라와 매우 다르게 보일 수 있습니다.국립원자력연구소(National Nuclear Laboratory) 전문가 팀의 연구에 따르면 원자력을 사용하여 수소 생산에 전력을 공급하는 것이 경제적으로 실행 가능하다는 사실이 밝혀졌습니다.

이 연구는 저널에 게재되었습니다.신에너지 활용 및 응용.

화학 모델링 팀 관리자인 Mark Bankhead는 "수소 및 수소 유래 대체 액체 연료는 영국이 2050년까지 순 제로 배출을 달성할 수 있는 핵심 원동력입니다. 원자력은 다양한 수소 생산 기술과 결합될 수 있습니다."라고 연구 배경을 설명합니다.2030년대까지 이러한 기술의 가치를 입증하기 위한 전략을 알리기 위해 우리는 기술 경제적 성과에 대한 통찰력을 제공하는 모델을 개발했습니다.

"열화학에는 경쟁 우위가 있습니다.수소 생산고온 가스 냉각 원자로(HTGR)와 결합되어 이러한 기술을 최적화하고 이 기술의 잠재력을 실현하기 위해 해야 할 일이 더 많다는 것을 알고 있습니다."

효율성과 비용을 결정하는 새로운 방법

이러한 기술의 경제성을 결정하는 새로운 접근 방식에서 획기적인수학적 모델결합하여 건설되었습니다.원자력수소생산 기술을 소개합니다.이 모델을 통해 다양한 수소 생산 기술을 결합할 수 있으며, 이는 다양한 시나리오를 비교할 수 있음을 의미합니다.

모델은 두 부분으로 구성되었습니다.첫째, 육체적인 것과화학 공정다양한 수소 생산 기술이 모델링되었습니다.이는 모델의 출력을 공급된 에너지 단위당 생산된 수소의 단위로 표현함으로써 이러한 산업 공정의 전반적인 효율성을 결정하는 새로운 방법을 제공했습니다.모델의 두 번째 부분에서는 이러한 효율성 측정이 경제 모델에 반영되었습니다.

NNL의 프로세스 모델러인 Kate Taylor가 다음 작업에 참여했습니다.경제 모델"수소 판매 가격을 결정하기 위해 모델은 수소 발전소를 건설하고 운영하는 데 드는 비용과 이를 공급하는 데 필요한 전기 및/또는 열 비용을 결합합니다.

"우리는 또한 수소 생산 기술이 어떻게 향상될지, 원자로를 건설하면 원자력 발전소와 이러한 기술을 결합하는 지식이 어떻게 개선될지에 대한 추정도 포함했습니다. 우리는 현재의 기술 지식을 바탕으로 미래에 무슨 일이 일어날지 예측하고 있습니다.그리고 그 예측은 매우 고무적입니다."

다양한 시나리오 테스트

열과 전기가 모두 필요한 고온 증기 전기분해를 통해 수소를 생산할 수 있습니다.열만 필요한 열화학 사이클을 사용하여 생산할 수도 있습니다.모델링에서는 두 기술 모두 첨단형 원자력인 고온가스로에 결합됐다.

이 모델은 고온 증기 전기분해가 고온 가스 반응기와 결합될 때 수소를 생산하는 비용 효과적인 방법이 될 수 있음을 보여주었습니다. 비용 추정치는 1.24~2.14파운드/kg인 반면, 열화학 사이클의 경우 0.89~0.89파운드입니다.2.88파운드/kg.

증기 전기분해는 열화학 사이클보다 더 발전된 기술입니다. 즉, 예상 비용의 변동이 적을 뿐만 아니라 배포가 더 빨리 이루어질 수 있음을 의미합니다.수소 생산 플랜트와 결합할 수 있는 다른 저탄소 에너지 생산 기술과 비교할 때, 이러한 결과는 수소 생산과 관련된 비용이원자력경쟁력이 있습니다.

이 모델은 기술을 비교하기 위한 이상적인 출발점입니다.NNL의 프로세스 모델러이자 이번 연구의 주요 저자인 Christopher Connolly는 물리적 및 화학적 프로세스의 모델을 개발했습니다.그는 수소 생산 기술의 발전이 모델을 어떻게 개선할 수 있는지 설명합니다. 왜냐하면 분자가 어떻게 움직이고 수소를 생산하는 데 사용되는 재료와 상호 작용하는지 설명하는 데이터에 의존하기 때문입니다.

Connolly는 "수소 생산의 효율성을 예측한다는 것은 물을 분해하는 데 사용되는 실제 프로세스를 모델링해야 함을 의미합니다.신뢰할 수 있는 데이터최첨단 재료 특성 설계에서 일부 프로세스의 동역학을 파악하는 것은 어려울 수 있으며 기술은 항상 개선되고 있습니다.

"예를 들어, 고온 증기 전기분해를 살펴볼 때 고체 산화물을 전해질로 사용하는 전기분해 전지 모델을 구축해야 했습니다. 고체 산화물은 일반적으로 이트리아 안정화 지르코니아로 만들어졌지만 이 산화물의 변형은 다음과 같습니다.결국 전해질의 성능은 얼마나 잘 만들어지느냐에 달려 있다."

미래를 예측하다

비용 효율적인 수소 생산은 원자력 기술의 장점 중 하나일 뿐입니다.비록 이 연구는 화학물질의 효율성만을 모델화했지만물리적 과정수소 생산 기술의 경우 이러한 기술을 원자력 발전과 결합하면 수소를 생산할 수 있는 고용량, 사용자 가까이에 앉을 수 있는 유연성, 배포 규모 확대 능력 등 다른 이점이 있습니다.원자력은 또한 수소의 완충 저장 요구사항을 줄이는 안정적이고 간헐적인 전력원을 나타냅니다.

고온 가스 원자로는 이미 개발 중이며 영국에서는 2030년대에 실증기가 계획되어 있습니다.그동안 다른 유형의 핵기술에 결합될 수 있습니다수소순제로 목표를 달성하는 데 도움이 되는 생산 공장입니다.

추가 정보:Christopher Connolly 외, 원자력의 열을 이용한 수소 생산에 대한 기술 경제적 분석,신에너지 활용 및 응용(2024).DOI: 10.54963/neea.v3i1.234