ژاپن با انرژی هسته‌ای، به قطب تولید هیدروژن جهان تبدیل می‌شود؟/ احیای اولین طرح نیروگاه هیدروژن هسته‌ای ۱۶۰۰ درجه فارنهایت در ژاپن
به گزارش تجارت نیوز،
در دنیای امروز، بحران تغییرات اقلیمی و کاهش منابع انرژی فسیلی چالشی جدی برای دولت‌ها، صنایع و جوامع جهانی ایجاد کرده است. وابستگی بیش از حد به سوخت‌های فسیلی، افزایش گازهای گلخانه‌ای و پیامدهای زیست‌محیطی ناشی از آن، اهمیت توسعه انرژی‌های پاک و پایدار را دوچندان کرده است.
در این میان، هیدروژن به‌عنوان یکی از امیدبخش‌ترین گزینه‌های انرژی در آینده مطرح می‌شود. این سوخت پاک، در صورت تولید به روش‌های سازگار با محیط‌زیست، می‌تواند نقش کلیدی در کاهش انتشار کربن و تحقق اهداف کربن‌زدایی ایفا کند.
در همین راستا، ژاپن به‌عنوان یکی از کشورهای پیشرو در فناوری‌های انرژی، برنامه‌ای جاه‌طلبانه را برای توسعه اولین نیروگاه هیدروژنی جهان که از انرژی هسته‌ای نسل جدید بهره می‌برد، آغاز کرده است. این پروژه که توسط آژانس انرژی اتمی ژاپن (JAEA) هدایت می‌شود، قرار است از یک راکتور پیشرفته خنک‌شونده با گاز و دمای بالا (HTGR) برای تولید هیدروژن پاک و بدون انتشار دی‌اکسید کربن استفاده کند.
این پروژه نه‌تنها نشان‌دهنده پیشرفتی بزرگ در فناوری‌های هسته‌ای و تولید هیدروژن است، بلکه می‌تواند تحولی اساسی در صنعت انرژی جهانی ایجاد کند. در این گزارش، به بررسی جزئیات این پروژه، فناوری‌های مورد استفاده، اهداف و پیامدهای احتمالی آن خواهیم پرداخت.
تولید هیدروژن از انرژی هسته‌ای: ایده‌ای پیشگامانه برای آینده انرژی
در قلب این پروژه، فناوری راکتور خنک‌شونده با گاز و دمای بالا (HTGR) قرار دارد که برخلاف راکتورهای سنتی هسته‌ای، نه‌تنها برای تولید برق بلکه برای تولید گرمای فوق‌العاده بالا طراحی شده است. این گرمای شدید می‌تواند به‌طور مستقیم در فرآیندهای صنعتی، به‌ویژه در تولید هیدروژن از طریق روش‌های شیمیایی پیشرفته، مورد استفاده قرار گیرد.
HTGR چیست و چه تفاوتی با راکتورهای معمولی دارد؟
راکتورهای هسته‌ای سنتی، مانند راکتورهای آب فشرده (PWR) یا آب جوشان (BWR)، از آب به‌عنوان خنک‌کننده و انتقال‌دهنده حرارت استفاده می‌کنند. این راکتورها معمولاً در دماهای نسبتاً پایین‌تری (حدود 300 درجه سانتی‌گراد) کار می‌کنند که برای تولید برق مناسب است اما برای برخی کاربردهای صنعتی مانند تولید هیدروژن، کافی نیست.
در مقابل، HTGR از گاز هلیوم به‌عنوان خنک‌کننده استفاده می‌کند که اجازه می‌دهد دمای راکتور به بیش از 870 درجه سانتی‌گراد (1600 درجه فارنهایت) برسد. این دمای بالا امکان انجام واکنش‌های شیمیایی پیچیده را فراهم می‌کند که در تولید هیدروژن بسیار کارآمد هستند.
ناریاکی ساکابا، مسئول پروژه راکتور HTGR در JAEA، می‌گوید: «ما امیدواریم تا سال 2030 در تولید هیدروژن موفق باشیم و این فناوری را به‌عنوان یکی از پیشرفته‌ترین فناوری‌های انرژی پاک در جهان توسعه دهیم.»
چرخه گوگرد-ید: فناوری پیشرفته تولید هیدروژن
برای تولید هیدروژن در این پروژه، ژاپن از یک فرآیند شیمیایی پیشرفته به نام چرخه گوگرد-ید (Sulfur-Iodine Cycle) استفاده می‌کند. این چرخه، یک فرآیند ترموشیمیایی است که از گرمای شدید راکتور HTGR برای تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن بهره می‌برد.
مراحل چرخه گوگرد-ید:
واکنش اولیه: آب و ترکیبات گوگردی و ید در دمای بالا وارد واکنش می‌شوند.
تجزیه حرارتی: گرمای شدید راکتور باعث تجزیه مولکول‌های آب به هیدروژن و اکسیژن می‌شود.
بازیابی مواد: مواد شیمیایی استفاده‌شده در چرخه، بازیابی و دوباره به فرآیند بازگردانده می‌شوند، که این امر کارایی فرآیند را افزایش می‌دهد.
این روش مزایای زیادی دارد:
بدون انتشار دی‌اکسید کربن: برخلاف روش‌های سنتی که به سوخت‌های فسیلی وابسته هستند، این فرآیند کاملاً پاک است.
کارایی بالا: استفاده از گرمای مستقیم راکتور باعث افزایش بازده فرآیند می‌شود.
پایداری: مواد شیمیایی مورد استفاده در چرخه می‌توانند بارها بازیافت شوند.
راکتور HTTR: قلب تپنده پروژه تولید هیدروژن ژاپن
در این پروژه، راکتور آزمایش مهندسی دما بالا (HTTR) نقش کلیدی ایفا می‌کند. این راکتور در شهر اوآرای، استان ایباراکی ژاپن قرار دارد و اولین و تنها راکتور از نوع HTGR در این کشور است.
ویژگی‌های اصلی HTTR:
توانایی تولید گرمای بسیار بالا (تا 870 درجه سانتی‌گراد)
استفاده از گاز هلیوم به‌عنوان خنک‌کننده
طراحی پیشرفته برای ایمنی بیشتر
امکان اتصال مستقیم به تأسیسات تولید هیدروژن از طریق لوله‌کشی‌های تخصصی
در این پروژه، راکتور HTTR از طریق سیستم‌های انتقال حرارت به تأسیسات تولید هیدروژن متصل خواهد شد. گرمای تولیدشده توسط راکتور، گاز هلیوم را گرم می‌کند و این گاز داغ به تأسیسات تولید هیدروژن منتقل می‌شود تا فرآیندهای شیمیایی مورد نیاز را تسهیل کند.
جدول زمانی پروژه: از آزمایش تا تولید صنعتی
آژانس انرژی اتمی ژاپن (JAEA) برنامه مشخصی برای پیشبرد این پروژه دارد:
2024: ارائه طرح‌های فنی به سازمان تنظیم مقررات هسته‌ای ژاپن (NRA) برای بررسی ایمنی
2025: دریافت مجوزهای قانونی و تأییدیه‌های لازم از NRA
2026: آغاز عملیات ساخت تأسیسات تولید هیدروژن در کنار راکتور HTTR
2030: شروع تولید هیدروژن در مقیاس صنعتی
اواخر دهه 2030: توسعه فناوری برای استفاده تجاری گسترده و صادرات فناوری به سایر کشورها
این جدول زمانی نشان می‌دهد که ژاپن نه‌تنها به دنبال آزمایش‌های محدود است، بلکه قصد دارد این فناوری را به یک راه‌حل تجاری پایدار برای آینده تبدیل کند.
رقابت جهانی در فناوری‌های تولید هیدروژن
در حالی که ژاپن در حال توسعه فناوری‌های پیشرفته برای تولید هیدروژن است، سایر کشورهای جهان نیز در این حوزه فعالیت‌های چشمگیری دارند:
کره جنوبی: محققان از امواج مایکروویو برای تولید هیدروژن در مدت‌زمان کوتاه استفاده کرده‌اند که این روش بسیار سریع و کم‌مصرف است.
کانادا: دانشمندان کانادایی با کمک هوش مصنوعی (AI) فرآیند تولید هیدروژن سبز را بهینه‌سازی کرده‌اند که باعث کاهش هزینه‌ها و افزایش بهره‌وری شده است.
آلمان و اتحادیه اروپا: پروژه‌های بزرگ برای تولید هیدروژن سبز از طریق الکترولیز آب با استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر در حال اجرا هستند.
با این حال، فناوری ژاپن به دلیل استفاده از انرژی هسته‌ای نسل جدید و توانایی تولید هیدروژن در مقیاس صنعتی، می‌تواند رقابت‌پذیری بالایی در بازار جهانی داشته باشد.
آینده‌ای سبز با انرژی هیدروژنی
به نقل از IE، پروژه تولید هیدروژن ژاپن با استفاده از راکتور HTGR، یک گام بلند در مسیر توسعه انرژی‌های پاک و دستیابی به اهداف کربن‌زدایی جهانی است. این فناوری:
تولید هیدروژن را بدون انتشار دی‌اکسید کربن امکان‌پذیر می‌کند.
وابستگی به سوخت‌های فسیلی را کاهش می‌دهد.
می‌تواند به‌عنوان یک مدل موفق جهانی برای تولید انرژی پایدار مطرح شود.
در نهایت، این پروژه می‌تواند الهام‌بخش سایر کشورها برای سرمایه‌گذاری در فناوری‌های نوین انرژی باشد. شاید در آینده‌ای نه‌چندان دور، هیدروژن تولیدشده از انرژی هسته‌ای به منبع اصلی تأمین انرژی جهان تبدیل شود و نقشی حیاتی در حفاظت از محیط‌زیست و مقابله با تغییرات اقلیمی ایفا کند.
اخبار حوزه محیط‌زیست و تغییرات اقلیمی را در صفحه اقتصاد سبز تجارت‌نیوز بخوانید.
