在全球气候变化的大环境下，氢能作为一种无污染的清洁能源，在全世界各国引起广泛关注和应用。目前，全世界每年大约消耗5000万吨氢气，其中95%以上来源于化石能源的灰氢。实现氢气的广泛应用，须开发出更清洁、高效的大规模制氢技术。

核能，或称原子能，是指通过核反应从原子核释放的能量。核能是一次能源，经过半个多世纪的发展，已经成为全球清洁能源的重要构成。有人提出，将核能与制氢工艺耦合，既能实现制氢过程的无碳排放，还可有效拓展核能的利用方式，是未来氢气大规模供应的重要解决方案。

核能制氢

核能制氢即将核反应堆与制氢工艺相结合，利用核反应堆有大量多余的热能进行氢气的大规模生产。核能作为清洁能源，不仅可以提供大规模制氢所需的电力，还可以提供热化学循环制氢所需的热能。

一般情况下，根据氢气来源，我们将其分为灰氢（化石能源制取的氢气，高碳排放）、蓝氢（在灰氢的基础上捕获温室气体，低碳排放）、绿氢（可再生能源电解水制取的氢气，无碳排放）。虽然核能制氢无碳排放，但由于核能不属于可再生能源，因此核能制取的氢气被称为“粉氢”。

技术优势

提升核能利用率：核电站开启后关停成本极高，用电端的波峰波谷使得在波谷无法消纳和存储。核能弃电制氢能够为核产业提供额外产出，利于维持正在老化的反应堆的服役状态，避免核设施的废弃，实现核电生产与需求曲线匹配，提高核能利用率和竞争力。

提高制氢效率：现阶段，绿氢通常是使用风、光能进行发电，然后再进行电解水制氢，整体效果低于30%。若利用核反应堆的热能和电能，对水进行高温电解制氢或热化学制氢，制氢效率将超过50%，甚至更高，而且整个过程零碳排放。

技术路径

核能制氢的技术路线可分为核电制氢（机组为制氢提供电能）、核热制氢（机组为制氢提供热能）和电热混合制氢（机组为制氢提供热能和电能）三种。

核电制氢

核电制氢即一般的电解水制氢，核反应堆为电解水制氢装置提供稳定的清洁电力。由于核电站的热电转换效率仅为35%左右，若电解水制氢效率以80%来计算，最终核能电解水制氢的总效率还不到30%。在目前成熟的制氢工艺中，电解水制氢的成本最高，因此核电制氢目前尚未具备竞争优势，很难规模化推广应用。

核热制氢

核热制氢即热化学制氢，是将核反应堆与热化学循环制氢装置耦合，使水在800℃至1000℃下催化热分解，从而制取氢和氧，热氢的转换率可达60%甚至更高。目前的主要工艺是碘硫循环制氢，但该技术成熟度较差，且需要高温下耐腐蚀的材料和反应器。

碘硫循环制氢原理

电热混合制氢

电热混合制氢是利用先进核反应堆提供的工艺热（约30%）和电能（约70%），在800~1 000 ℃的高温下，将液态水转化水蒸气，然后电解为氢气和氧气。目前主要工艺就是高温蒸汽电解制氢，由于核反应堆提供大量反应需要的热量，高温蒸汽电解的效率高于常规电解水，其制氢效率超过50%，但技术成熟度差，需要发展耐用大尺寸高温电解制氢设备。

三种不同的核能制氢路径来看，虽然核电制氢技术最为成熟，但还不具备竞争优势。核热制氢和电热混合制氢工艺，需要核反应堆提供高温工艺热，但这类反应堆全部属于第四代核能反应堆，目前最佳方案是高温气冷堆，但距商业化推广仍有较长时间，且面临很大不确定性。

发展现状

放眼全球，随着新一代核堆型的成熟与氢能产业的发展，美日英中等核电大国均已启动本国的核能制氢工程。

美国：早在2004年，美国能源部（DOE）就启动了核能制氢研究工作。通过与电力企业合作，对在九英里峰核电厂在内的4个核电厂生产清洁氢的示范项目提供支持。其中，九英里角核电站中的一座1250千瓦低温电解制氢设施（质子交换膜电解槽）已于2023年3月启动运行，每天可生产560千克氢气。

九英里峰核电厂

日本：日本原子力研究机构自1998年建成运行热功率 30MWe的高温气冷试验堆，成功实现在850℃下稳定运行。2004年冷却剂出口温度达到950℃并成功完成了连续一周制氢试验运行。2019 年，该堆连续运行 150 个小时，示范了热化学碘硫循环制氢工艺。

英国：在短期内先在役核电机组上进行制氢示范和应用，中长期则优选高温气冷堆制氢，并将高温气冷堆作为其先进模块化反应堆的首选堆型。2021年英国政府颁布的“绿色工业革命10项计划”（Ten Point Plan）中，规划到2030年实现绿氢等效装机容量达到500万千瓦，核能被视为生产绿氢的主要来源之一。

广东大亚湾核电站

中国：清华大学从2004年开始论证核能制氢方法的可行性，随后开展了对碘硫循环核热制氢的基础性实验研究。在产业方面，中核集团核制氢重点在高温气冷堆与热化学制氢技术耦合，其目标是建成一座600MW超高温气冷堆，与一座产氢 50000Nm3/h 的热化学制氢工厂匹配生产。2021年，中广核集团首次将SOEC应用于核电制氢示范项目，项目落地广东大亚湾核电站。

面临挑战

虽然核能制氢具有广阔的发展前景，但要实现商业化还需克服诸多挑战。

一是核能制氢的经济性尚待验证，成本是核能制氢能否实现大规模商业利用的关键因素。

二是能高效率制氢的高温气冷堆技术还不成熟，其工艺系统、关键设备、核心材料等技术都还需要进一步试验和改进。

三是安全性，制约核能制氢的一大因素。考虑到核电站安全的高度敏感性，如何保证核能制氢过程中氢的安全生产、运输和储存，也是需要考虑的关键问题。

总结

核能制氢，广义就是核能为制氢工艺提供清洁热能与电能。总体而言，整个产业仍处于发展初期阶段，其中部分技术路径已进入了初步项目示范阶段，且受到各国政府高度重视，是具备发展潜力的制氢路径。

未来，随着核能制氢技术的进一步完善，核能在制氢方面的作用也会越来越大，有望成为将来氢气大规模供应的重要解决方案，进而反哺氢能产业高质量发展。

参考文章：

《核能制氢可再生能源技术研究》朱雷杰

《核能制氢的效率分析》张平

《核能制氢技术的发展》张平

《核能制氢，核电大国竞争新赛道》环球零碳

《核能制氢前景几何？》能源新媒