三菱重工活用核反應爐高溫水蒸氣,量產百倍綠氫不排碳
三菱重工活用核反應爐高溫水蒸氣,量產百倍綠氫不排碳

淨零轉型成各國重要的環保議題,如何有效的利用能源或者再生能源更產為產業的新趨勢,三菱重工業與產業技術綜合研究所合作,透過新研發的原子爐產產生的高溫水蒸氣,共同著手研發不產生二氧化碳,同時能量產出被期待為次世代燃料的氫的技術,能更有效率的量產綠氫。

相較於使用再生能源生產綠氫,並且處於領先地位的歐洲而言,如此的做法,對再生能源普及遲緩的日本,可以藉由使用原子爐的新技術扳回一城,只是在311東日本大地震後,對核能發電保守以對的日本而言,這樣的技術仍是前景未明的課題。

高溫水蒸氣電解產氫,效率為現存原子爐100倍

根據《日本經濟新聞》報導,所推動的是名為「高溫水蒸氣電解(SOEC)」的技術研發,高溫水蒸氣電解是一種水的電解,在製造時能夠不產生CO2地將水分解而生成氫。

當水的電解在溫度越高時,便越能夠有效率地生成氫,新研發的原子爐「高溫氣冷核反應爐(HTGR)」所產生的水蒸氣溫度達最高攝氏950度,是一般原子爐的3倍高,此高溫氣冷核反應爐1機組的氫製造能力鎖定目標為每小時25噸,相當於現存原子爐的100倍水準。

三菱重工仍在研發高溫氣冷核反應爐,而目前用於製造氫的手法是水蒸氣改質法,是利用高溫氣冷核反應爐產生的水蒸氣與甲烷的化學反應來產生氫,雖然可以低成本地產生大量氫,但無可避免地會排出CO2,若切換成高溫水蒸汽電解後不僅可低成本地量產氫,也能夠將碳排清零。

氫製造試驗設施
左為高溫氣冷核反應爐設備、右為氫製造設備
圖/ 三菱重工

由於再生能源會受雨天等氣象條件而影響發電的電力來源,例如太陽能會需要廣大的面積,雖然也有考慮在澳洲等地製造再進口,但需要氫的液化、運輸、儲存等程序,在成本面不利。
三菱重工認為在日本使用再生能源電力來電解,對於氫的穩定大量生產是有困難的,而依存海外供應鏈也有安全保障上的風險。

高溫氣冷核反應爐實用化

三菱重工目前在位於茨城県大洗町的日本原子力研究研發機構(JAEA)據點以2030年代前期實用化為目標,推動高溫氣冷核反應爐的研發,為了量產氫也在進行高溫氣冷核反應爐的大型化等,當該爐穩定運轉後,也計畫在40年代實現高溫水蒸氣電解的實用化。

在海外雖已有使用高溫氣冷核反應爐來發電的實際成果,但藉由高溫氣冷核反應爐來進行氫量產與高溫水蒸氣電解的實用仍是世上少有的。

高溫氣冷核反應爐的發電效率比現有爐差,但由於能夠產生高溫水蒸氣所以氫製造效率優異,三菱重工有感於氫需求的升溫也正加緊技術研發。

現行原子爐規範基準是以發電用為對象,因此高溫氣冷核反應爐也被認為需要向產業省提出設置申請等行政程序,而氫製造又有其他規範基準,未來也會需要符合該規範以獲得許可。

計畫在大洗町的JAEA據點於2024年3月以後,先設置採用水蒸氣改質的正式氫製造設備,至2030年前完成驗證實驗,預定將投入300億日圓。

日本2050年將導入2000萬噸氫,鋼鐵業減碳便需700萬噸氫

被視為潛力市場的是碳排量高的鋼鐵業與化學產業等,日本政府在「綠色成長戰略」中揭示2050淨零碳排,要導入2000萬噸氫,而據說鋼鐵業中可革命性地削減CO2的「氫還原製鐵」便需要700萬噸氫,以高溫氣冷核反應爐1機具365天全時運轉來單純計算的話,也僅夠滿足700萬噸的數%(約22萬噸)。

德國與英國的再生能源佔比為日本的2倍多,已相當普及,歐洲企業也開始藉由如此再生能源來製造氫,且在太陽能與風力發電合適地點多的助力下,又更加降低生產成本。

日本政府已揭示將把氫價格從現在每立方公尺100日圓,至2030年降到30日圓,三菱重工的方針是「使達成30日圓的水準成為可能」,將主打有利於在日本國內調集低成本氫,且訴求耐熱性高於傳統爐心、可抑制放射性物質排放的安全性,來說服導入新型原子爐。

在海外已開始將核能重新視為減碳的有力手段,在歐美也相繼有新增設核能發電廠的計畫,在歐盟所規劃的「永續經濟活動分類規則」討論中,雖有部分反對意見,但最終仍定調將核能與天然氣視為對抗暖化有所貢獻之「永續能源」的方針。

相形之下,日本在東日本大震災後,對於核能政策的討論便停滯不前,雖然在嚴重電力不足的情況下,日本首相岸田文雄宣示今年冬天核能發電最多將有9具機組運轉,出現了探索核能可能性的動作,未來三菱重工的核能事業將嚴重受到官民議論方向的影響。

日本現有33具核能發電機組,有25具提出運轉申請,其中獲得許可並取得地方政府同意的僅10具,目前僅有5具運轉中,且含未來將運轉的機組在內皆坐落於未發生事故的西日本,顯見日本國內仍對核能發電保守以對。

參考資料:日經日經三菱重工三菱重工

責任編輯:吳秀樺

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明緯企業技服中心課長謝正堂
明緯企業技服中心課長謝正堂
圖/ 明緯企業

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線上展覽館
圖/ 明緯

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