Innovatief en alledaags

IAEA ontwikkelt routekaart voor commerciële toepassing waterstof

Waterstof zal naar verwachting een centrale rol gaan spelen bij het bereiken van de doelstellingen op het gebied van klimaatverandering en tegelijkertijd helpen om wereldwijd de voorziening van betrouwbare schone energie veilig te stellen. Maar aangezien bijna alle waterstof momenteel wordt geproduceerd met behulp van fossiele brandstoffen, moet dringend worden overgeschakeld op schone productie met behulp van kernenergie en hernieuwbare energiebronnen. 

Dat is een uitdagend vooruitzicht, waarvoor een nieuwe industriële basis en toeleveringsketens moeten worden gecreëerd. Momenteel wordt waterstof gebruikt in industriële processen gaande van de productie van synthetische brandstoffen en petrochemische producten tot de fabricage van halfgeleiders en de aandrijving van elektrische voertuigen met brandstofcellen. Om de milieueffecten van de jaarlijkse productie van meer dan 70 miljoen ton waterstof te verminderen, kijken sommige landen naar hernieuwbare energiebronnen zoals zonne- en windenergie en naar kernenergie als vervanging voor fossiele brandstoffen.

Om de opkomende waterstofeconomie sneller groen te maken, heeft de IAEA vorige maand een initiatief gelanceerd om een routekaart te ontwikkelen voor de commerciële toepassing van waterstofproductie met behulp van kernenergie. Het initiatief brengt besluitvormers, ontwerpers, projectmanagers en exploitanten bijeen om de meest recente vorderingen op het gebied van nationale strategieën en technologieën uit te wisselen en de technische gereedheid vast te stellen voor verschillende technologieën voor waterstofproductie met gebruikmaking van kernenergie. Het initiatief zal uitmonden in een leidraad met een routekaart, om landen een instrument te bieden voor de evaluatie, planning en strategie van de ontwikkeling van projecten voor de productie van nucleaire waterstof.

Waterstof, het meest overvloedige chemische element in het universum, is een energiedrager die bij verbranding met zuivere zuurstof alleen waterdamp en warmte afgeeft. Het kan in grote hoeveelheden worden opgeslagen en is energie-efficiënter dan de verbranding van fossiele brandstoffen. Als zodanig is het een potentiële vervanger van fossiele brandstoffen in industrieën die veel CO2 uitstoten, zoals staal- en chemische productie, cementproductie en langeafstandsvervoer. Deze sectoren, die bekend staan als de "moeilijk afbreekbare" sectoren, zijn verantwoordelijk voor ongeveer 30% van alle CO2-emissies wereldwijd en zijn moeilijk koolstofvrij te maken omdat de technologieën nog niet bestaan of momenteel oneconomisch zijn.

"Vandaag wordt het overgrote deel van de waterstof die in de industrie nodig is geproduceerd met technologieën op basis van fossiele brandstoffen (voornamelijk aardgas), maar kernenergie heeft het potentieel om zowel de elektriciteit als de warmte die nodig is voor de productie van waterstof te leveren op een duurzame, koolstofarme en kosteneffectieve manier", zegt Alina Constantin, een nucleair ingenieur van de IAEA en een van de leiders van het project. "In het komende decennium moeten echter verschillende uitdagingen in verband met technologie, economie, veiligheid en vergunbaarheid, alsook beleidsondersteuning en betrokkenheid van de belanghebbenden worden aangepakt, waarbij de haalbaarheid moet worden aangetoond en de overgang naar productie op commerciële schaal mogelijk moet worden gemaakt, wil kernenergie een rol kunnen spelen bij de productie van waterstof voor de overgang naar schone energie."

De productie van schone waterstof met behulp van kernenergie heeft in het verleden te kampen gehad met kostenbarrières, maar daar komt nu verandering in tegen de achtergrond van een wereldwijde energiecrisis waardoor fossiele brandstoffen aanzienlijk duurder worden en de wereldwijde voorziening ervan minder zeker is. Uit een recente modelanalyse van FRAMES van de IAEA blijkt dat wanneer de aardgasprijzen stijgen tot meer dan 20 dollar per miljoen Britse thermische eenheden (BTU), de optimale methode voor de productie van waterstof elektrolyse is, aangedreven door een mix van kernenergie en hernieuwbare energiebronnen. (In de Europese Unie bedraagt de aardgasprijs de laatste tijd ongeveer 30 dollar per miljoen BTU). "Uit de analyse bleek ook dat waterstofproductie met behulp van warmte uit geavanceerde technologieën zoals HTGR's (High Temperature Gas Cooled Reactors) in deze prijsscenario's zeer concurrerend was. HTGR's zijn in verschillende landen in ontwikkeling en prototypes zijn al operationeel in China en Japan," aldus Francesco Ganda, technisch hoofd voor niet-elektrische toepassingen van de IAEA en hoofdauteur van de analyse.

De belangstelling voor schone waterstof neemt over de hele wereld toe, met specifieke belangstelling voor het gebruik van kernenergie. Ongeveer 28 landen en vier internationale organisaties hebben zich vorige maand bij de lancering van het IAEA-roadmap-initiatief in Wenen aangesloten om hun plannen of projecten op het gebied van nucleaire waterstof te bespreken. Deze omvatten demonstraties van waterstofproductie met gebruikmaking van bestaande reactoren en ook plannen waarbij gebruik wordt gemaakt van geavanceerde reactoren zoals kleine modulaire reactoren om de efficiëntie te verhogen en schaalvergroting van de productie mogelijk te maken. In India heeft de regering dit jaar een routekaart voor commerciële waterstofproductie aangekondigd met de nadruk op hernieuwbare waterstof en waterstof uit biomassa. Maar aangezien de vraag naar waterstof naar verwachting halverwege de jaren 2030 zal zijn vervijfvoudigd, worden er studies en onderzoeken uitgevoerd om een business case te ontwikkelen om kernenergie op te nemen in het systeem van het land voor de productie van koolstofarme waterstof.

"Waterstof is een belangrijk onderdeel van het plan van de Verenigde Staten om de industriële sector van het land, die verantwoordelijk is voor een derde van de CO2-uitstoot, koolstofvrij te maken", zei Richard Boardman van het Idaho National Laboratory op de bijeenkomst. "In recente federale wetgeving van de VS is 9,5 miljard dollar uitgetrokken voor de financiering van regionale Clean Hydrogen Hubs, een Clean Hydrogen Electrolysis Program en Clean Hydrogen Manufacturing and Recycling Initiatives." Volgens ramingen van het Amerikaanse Ministerie van Energie zou de vraag naar waterstof kunnen vertienvoudigen ten opzichte van het huidige volume, waarbij kernenergie tot 15% van deze totale vraag zou kunnen produceren.

"De toekomstige waterstofeconomie is ook in de Europese Unie een hot topic", zegt Andrei Goicea, beleidsdirecteur van FORATOM, de handelsvereniging die de Europese nucleaire industrie vertegenwoordigt. "Hoewel sommige landen aandringen op de productie van elektrolysewaterstof met behulp van koolstofarme technologieën, kan kernenergie worden gehinderd door de investeringsrichtsnoeren van de EU, die kernenergie bestempelen als een overgangstechnologie," zei hij. "De sleutel tot succes voor nucleair geproduceerde waterstof zal liggen in het vinden van de juiste mogelijkheden die een sterke business case combineren met nucleaire elektriciteit en warmte van bestaande of nieuwe kerncentrales met toepassingen die een aanzienlijk koolstofarm potentieel bieden," zei Ian Castillo van de Canadian Nuclear Laboratories. "Waar mogelijk moet gebruik worden gemaakt van bestaande infrastructuur, zoals aardgaspijpleidingen en herbestemde locaties voor kolencentrales."

De IAEA biedt steun aan landen die geïnteresseerd zijn in waterstofproductie via initiatieven zoals gecoördineerde onderzoeksprojecten (CRP's) en technische bijeenkomsten. Het heeft ook het Hydrogen Economic Evaluation Programme (HEEP) ontwikkeld, een instrument voor de beoordeling van de economische aspecten van grootschalige waterstofproductie via kernenergie. Het Agentschap heeft ook een CRP geleid over het onderzoeken van de technische en economische aspecten van de productie van nucleaire waterstof, en is bezig met de afronding van een vervolg-CRP over de beoordeling van de technische en economische aspecten van de productie van nucleaire waterstof voor toepassing op korte termijn. 

Het originele artikel is te lezen op de website van de IAEA.

Artist impression: Shutterstock

Gerelateerd nieuws

Finland annuleert contract bouw Russische kerncentrale
3 mei 2022
Fennovoima heeft het engineering-, inkoop- en constructiecontract (EPC) met RAOS Project voor de geplande kerncentrale Hanhikivi 1 in Noord-Finland beëindigd. Het Russische staatsnucleaire bedrijf Rosatom zei dat het "zeer teleurgesteld" was door het besluit.
Podcast van NTR Wetenschap- Kernenergie, vriend of vijand?
Bron: Kennis van Nu21 april 2022
Kernenergie is terug van weggeweest, maar de angst voor een kernbom ook. En dat laat zien dat de jacht op de allerkleinste deeltjes niet enkel mooie kennis oplevert, maar ook onbedoelde gevolgen kent. Een aflevering over de donkere kant van kennisuitbreiding, naast de hoop die het biedt op een beter
De weg naar duurzamere kernenergie: IAEA Conferentie over snelle reactoren van start
Bron: IAEA19 april 2022
Het is tijd om opnieuw aandacht te besteden aan snelle reactoren: een innovatieve technologie die veel meer energie uit uranium haalt en nucleair afval steeds opnieuw recyclet, waardoor de natuurlijke hulpbronnen behouden blijven en de milieueffecten van afval worden verminderd. Dit was de oproep va

Gerelateerd nieuws

Fennovoima heeft het engineering-, inkoop- en constructiecontract (EPC) met RAOS Project voor de geplande kerncentrale Hanhikivi 1 in Noord-Finland beëindigd. Het Russische staatsnucleaire bedrijf Rosatom zei dat het "zeer teleurgesteld" was door het besluit.
Kernenergie is terug van weggeweest, maar de angst voor een kernbom ook. En dat laat zien dat de jacht op de allerkleinste deeltjes niet enkel mooie kennis oplevert, maar ook onbedoelde gevolgen kent. Een aflevering over de donkere kant van kennisuitbreiding, naast de hoop die het biedt op een beter
Het is tijd om opnieuw aandacht te besteden aan snelle reactoren: een innovatieve technologie die veel meer energie uit uranium haalt en nucleair afval steeds opnieuw recyclet, waardoor de natuurlijke hulpbronnen behouden blijven en de milieueffecten van afval worden verminderd. Dit was de oproep va
Nieuwsoverzicht