ייצור מימן תרמוכימי באמצעות אנרגיה גרעינית

שימוש בחום גרעיני ליצירת דלק מימן נקי - מהפכה אנרגטית כפולה

סקירה כללית

graph TB A[כור גרעיני] --> B[חום רדיואקטיבי] B --> C[ייצור חשמל] B --> D[תהליך תרמוכימי] D --> E[ייצור מימן] C --> F[רשת החשמל] E --> G[תחבורה נקייה] E --> H[תעשייה דלת-פחמן]

יתרון הטמפרטורות הגבוהות

כורים גרעיניים מייצרים חום בטמפרטורות של 700-950°C - גבוה בהרבה מתחנות כוח קונבנציונליות (550°C). טמפרטורות גבוהות אלו מאפשרות תהליכים תרמוכימיים יעילים לייצור מימן.

ניצול החום העצום המיוצר בתהליך הגרעיני מאפשר לא רק ייצור חשמל, אלא גם יצירת דלק נקי נוסף - מימן - המהווה מקור אנרגיה נקי לתחבורה ולתעשייה.

טכנולוגיות ליבה

מעגל הגופרית-יוד (S-I Cycle)

graph LR A[חום 850°C] --> B[פירוק H₂SO₄] B --> C[SO₂ + H₂O + ½O₂] C --> D[ייצור HI] D --> E[פירוק ל-H₂ + I₂] E --> B

יעילות: 45-50% (גבוהה מאלקטרוליזה ב-30%)

יתרונות: תהליך סגור, ללא פליטות, מייצר חמצן כמוצר לוואי

אלקטרוליזה באדים בטמפ' גבוהה (HTSE)

נוסחה:

2H₂O(g) → 2H₂ + O₂ (ב-700°C)

יעילות: 50-55%

טמפרטורת פעולה: 700-850°C

מתאים במיוחד לכורים גרעיניים מדור IV המסוגלים לספק חום בטמפרטורות גבוהות

רפורמינג גז טבעי עם חום גרעיני

נוסחה:

CH₄ + H₂O → CO + 3H₂ (ב-800°C)

יתרון: הפחתת פליטות CO₂ ב-40% לעומת רפורמינג קונבנציונלי

פתרון מעבר יעיל לכלכלת מימן תוך ניצול תשתיות קיימות

יתרונות סביבתיים ואנרגטיים

classDiagram class כור_גרעיני { +סוג: כור מדור IV +טמפ' ליבה: 850°C +הספק תרמי: 3,000 MWth } class יחידת_ייצור_חשמל { +טורבינת קיטור +הספק: 1,000 MWe } class יחידת_ייצור_מימן { +טכנולוגיה: מעגל S-I +תפוקה: 25,000 Nm³/h } כור_גרעיני --> יחידת_ייצור_חשמל כור_גרעיני --> יחידת_ייצור_מימן

אפס פליטות ישירות

ייצור מימן באמצעות אנרגיה גרעינית אינו פולט CO₂ או מזהמים אחרים לאוויר.

פסולת רדיואקטיבית מנוהלת במחזור סגור ובאמצעי בטיחות מתקדמים.

יעילות אנרגטית משופרת

ניצולת אנרגטית כוללת של כ-85% לעומת 33% בתחנת כוח קונבנציונלית.

נוסחה:
נצילות = (אנרגיה בחשמל + מימן) / אנרגיה גרעינית × 100%

תמיכה בתעשייה כבדה

אספקת מימן לפירוק עפרות ברזל בייצור פלדה.

החלפת פחם בתהליכים תעשייתיים תוך צמצום פליטות.

ייצור דלקים סינתטיים לתעופה ותחבורה כבדה.

פרויקטים עולמיים

pie title פוטנציאל ייצור מימן גרעיני “אסיה” : 45 “אירופה” : 30 “אמריקה” : 20 “אפריקה” : 5
מיקום טכנולוגיה תפוקה סטטוס
יפן (JAEA) מעגל S-I 30 Nm³/h הדגמה פעילה
ארה"ב (INL) HTSE 15 kg/h ניסויים מתקדמים
צרפת (CEA) רפורמינג גז 100,000 טון/שנה בתכנון
סין (CNNC) כורים מודולריים 50,000 טון/שנה בפיתוח

פיילוט מומלץ בישראל

gantt title תוכנית פיילוט "שדה אליהו" dateFormat YYYY-MM section תכנון מחקר היתכנות :2024-01, 6m עיצוב הנדסי :2024-07, 9m section בנייה הקמת כור SMR :2025-04, 18m יחידת מימן :2026-01, 12m section הפעלה הרצה ראשונה :2027-01, 3m פעולה מלאה :2027-04

תכנון מתקן "שדה אליהו"

מפרט טכני:

  • סוג כור: SMR מדגם NuScale
  • הספק תרמי: 600 MWth
  • תפוקת מימן: 15,000 טון/שנה
  • עלות: 1.2 מיליארד $
  • מיקום מוצע: אזור תעשייה מרוחק בנגב

יתרונות: אספקת דלק נקי לתחבורה, הפחתת תלות ביבוא אנרגיה, מיצוב ישראל כמובילה טכנולוגית

השפעה על כלכלת המימן

graph LR A[תחנת פחם] --> B[התקנת כור SMR] B --> C[שימוש בתשתית קיימת] C --> D[ייצור מימן במקום פחם]

המרת תחנות פחמיות קיימות

יתרונות:

  • ניצול תשתיות קיימות (קווי הולכה, קירור)
  • מעבר מהיר לכלכלת מימן
  • שמירה על מקומות עבודה
  • הפחתה מיידית בפליטות CO₂

תפוקות משולבות (תחנת כור 1,000 MWe)

מוצר תפוקה שנתית ערך כלכלי
חשמל 7,884 GWh 630 מיליון $
מימן 200,000 טון 400 מיליון $
חמצן 1.6 מיליון טון 80 מיליון $