Francesco Ganda y Alina Constantin

Un Proyecto de Investigación Coordinada (CRP) de la OIEA que concluyó recientemente y que examina el uso de la energía nuclear para la producción de hidrógeno ha ayudado a allanar el camino para su adopción más amplia.

El proyecto, que concluyó a principios de este año después de comenzar en abril de 2018, realizó análisis en profundidad de los procesos, tecnologías y consideraciones económicas de producción de hidrógeno nuclear para examinar más a fondo la viabilidad de la producción de hidrógeno a gran escala utilizando energía nuclear.

El PCI produjo varias evaluaciones sólidas sobre la idoneidad de diversos tipos de reactores para la producción de hidrógeno, incluidos estudios de viabilidad que incorporan factores específicos de cada país, y examinó los principales métodos de producción, incluida la electrólisis de baja y alta temperatura y los ciclos termoquímicos como el de azufre y yodo. ciclo.

Los resultados se utilizaron para actualizar el Programa de Evaluación Económica del Hidrógeno (HEEP) de la OIEA, una herramienta utilizada para evaluar la economía de la producción de hidrógeno a gran escala utilizando energía nuclear. Por recomendación de los principales investigadores científicos que participan en este PCI, así como del Grupo Asesor Permanente sobre Energía Nuclear de la OIEA, la OIEA publicará una hoja de ruta para el despliegue comercial de la producción de hidrógeno nuclear durante 2024.

El uso del hidrógeno como portador de energía versátil está ganando más atención en todo el mundo debido a su potencial para ayudar a los países a alcanzar objetivos de emisiones netas cero. El hidrógeno es un componente central de las pilas de combustible de los vehículos eléctricos y también se utiliza en procesos industriales como la fabricación de semiconductores, entre otras aplicaciones.

Por ahora, los combustibles fósiles impulsan la producción de aproximadamente el 95% del hidrógeno que se utiliza hoy en día, con la consecuencia de importantes emisiones de carbono e implicaciones para la seguridad energética.

Debido a su eficiencia y capacidad para generar calor de proceso, los reactores de energía nuclear son muy adecuados para producir hidrógeno en línea con el objetivo de descarbonizar todos los sectores para alcanzar el cero neto para 2050.

Actualmente, hay varios proyectos de demostración de producción de hidrógeno en marcha y hay más planeados. En muchos países se están realizando investigaciones sobre tecnologías avanzadas de reactores para la generación de hidrógeno, y se están considerando varias opciones: electrólisis convencional a baja temperatura, electrólisis con vapor a alta temperatura, ciclos termoquímicos y reformado con vapor y metano utilizando calor nuclear. La electrólisis a baja temperatura implica hacer pasar una corriente eléctrica a través del agua y dividir las moléculas de agua en sus componentes básicos: hidrógeno y oxígeno. La electrólisis de vapor funciona según el mismo principio pero funciona a una temperatura de entre 700°C y 950°C. Sin embargo, gracias a la recuperación de calor, el aporte de calor requerido por los fabricantes de los electrolizadores de alta temperatura actualmente disponibles en el mercado puede ser inferior a 200 o C. Los procesos termoquímicos de producción de hidrógeno funcionan catalizando reacciones químicas con ciertos compuestos a altas temperaturas para dividir las moléculas de agua. .  

El PCI 'Evaluación de los aspectos técnicos y económicos de la producción de hidrógeno nuclear para su implementación a corto plazo' facilitó la investigación para abordar algunas de las cuestiones clave relacionadas con la posible ampliación de las tecnologías de producción de hidrógeno nuclear, incluidos análisis tecnoeconómicos del despliegue de la producción de hidrógeno, así como Consideraciones preliminares de seguridad basadas en los casos específicos de los países miembros participantes del OIEA.

Los objetivos del PCI

El objetivo general del PCI era evaluar la experiencia adquirida en la investigación y el desarrollo de la producción de hidrógeno nuclear y el potencial para el despliegue a corto plazo de la producción de hidrógeno nuclear.

Los objetivos específicos eran:

+Analizar los aspectos tecnoeconómicos asociados con la ampliación de plantas de hidrógeno nuclear;

+Evaluar aspectos relevantes para la seguridad de las plantas de cogeneración nuclear para la producción de hidrógeno en base a los últimos logros en I+D;

+Comprender el potencial despliegue y la escala temporal de tecnologías de producción de hidrógeno nuclear a gran escala para su despliegue a corto plazo.

Impacto y relevancia

Los resultados de este PCI son pertinentes para la planificación y el despliegue de la producción de hidrógeno nuclear en los Estados miembros del OIEA, un tema de creciente importancia internacional teniendo en cuenta el valor global del hidrógeno en la lucha contra el cambio climático.

Ana Ester Bohe, investigadora principal de la Comisión Nacional de Energía Atómica (CNEA) de Argentina y una de las investigadoras científicas principales del CRP, dijo: “El estudio de factibilidad teórica sobre el proceso de gasificación asistida nuclear aplicado al carbón argentino del Río Turbio (que se llevó a cabo durante este PCI) es muy importante para darle a nuestro país la base técnica que será necesaria durante el proceso de decisión con respecto a la producción de hidrógeno nuclear mediante la gasificación del carbón nacional”.

Otros logros clave de este PCI incluyen:

+Desarrolló una investigación tecnoeconómica sobre el despliegue de la producción de hidrógeno, utilizando la electrólisis como proceso de producción de hidrógeno, con energía solar y nuclear como fuente de energía;

+Se evaluó la producción de hidrógeno nuclear utilizando un reactor de sales fundidas de torio acoplado a un electrolizador de óxido sólido;

+Se evaluó el uso de tecnologías de reactores modulares pequeños (SMR) para la producción, compresión y almacenamiento de hidrógeno;

+Se evaluó la integración de reactores de alta temperatura con diversos procesos de producción de hidrógeno;

+Se evaluó la integración de ciclos termoquímicos híbridos con varios reactores de energía nuclear;

+Métodos de integración desarrollados para varios esquemas de producción de hidrógeno;

+Se actualizó el Programa de Evaluación Económica del Hidrógeno (HEEP) del OIEA .

Este PCI tuvo importantes beneficios académicos y de desarrollo de recursos humanos, incluida la publicación de 13 artículos en revistas revisadas por pares.  

En este PCI participaron diez titulares de contratos y acuerdos de investigación de Argelia, Argentina, China, Grecia, India, Japón, Arabia Saudita, Federación de Rusia, Turquía y Estados Unidos de América  .