氫燃料電池動力汽車、氫/氧火箭發動機等新興高端產品和科技，引發了大眾的關注興趣，使得氫能這一低溫燃料從工業應用的"幕後"逐漸走向社會生活的"前臺"。氫能作為一種清潔、高效、安全、可持續的二次能源，以液氫狀態進行儲存和運輸，具有超低溫（-252.8℃）和低密度（70.9kg/m³）的特點。

全球能源行業正經歷以低碳化、無碳化、低汙染為方向的第三次能源變革。氫能的開發與利用技術已經成為世界能源技術變革的重要方向。

以環保節能的方式製備氫能，如核能制氫，賦予氫能雙重清潔能源的顯著特徵，為實施規模化應用提供了巨大空間。

一、核能制氫的背景

開發利用氫能成為中國能源技術發展的戰略方向。發展氫能應用的重要前提之一是兼顧氫能製備的效率、成本和可靠性。

氫能可通過一次能源、二次能源及工業領域等多種途徑獲取。其中，核能制氫是一種有應用前景的高效、大規模、無排放的制氫技術，有望在氫氣大規模集中供應的場景中起到重要作用。

人類可駕馭的可控核裂變技術已用於工程建設核電站，為世界多個國家提供清潔電力供應。在可用於核能制氫的反應堆堆型中，高溫氣冷堆因其高出口溫度和固有安全性等優勢，被視為制氫的最優堆型。

高溫氣冷堆在我國已有數十年的研發基礎，正在國家科技重大專項支持下建造示範電站。核能制氫是高溫氣冷堆除發電外最重要的用途。

二、核能制氫的原理

核能制氫是指利用核反應堆產生的熱作為一次能源，從含氫元素的物質水或化石燃料製備氫氣，具有多種技術路線。

圖1 核能制氫技術路線

（1）核熱輔助的烴類重整，利用高溫氣冷堆的工藝熱代替常規技術中的熱源，可部分減少化石燃料的使用。

（2）利用核能發電、再經常規電解制氫，這是已成熟技術的結合，但從一次能源轉化為氫能的效率較低。在壓水堆發電能力過剩的場景中，可利用電解制氫實現儲能或者供給氫氣。

（3）要實現核能到氫能的高效轉化，必須部分或全部利用以反應堆提供的工藝熱，減少熱–電轉換過程中的效率損失。主流的核能制氫技術包括熱化學循環（碘硫循環、混合硫循環）和高溫蒸汽電解。

圖2 高溫氣冷堆碘硫循環制氫原理示意圖

三、核能制氫的安全性

核能制氫系統安全管理的目標是確保公眾健康，保護環境。

核能制氫設施的設計需考慮並有效處以下因素：核反應堆與制氫廠的安全佈置，核反應堆與制氫廠的耦合界面，中間熱交換器安全設計，核反應堆與制氫廠的運行匹配等。

未來，核能制氫設施對反應堆和制氫廠的實體採取充分隔離措施，消除潛在傷害，保證放射性水平足夠低，實現核系統與制氫系統的隔離，從而使制氫廠"歸於非核系統"。

四、核能制氫的經濟性

核能制氫技術能否實現商業利用，不僅依賴於技術本身的發展，而且還取決於所能實現的制氫效率、生產價格能否為市場所接受。

美國能源部進行的核能制氫經濟性評估表明，氫氣成本為2.94～4.40 美元/kg。國際原子能機構對核能制氫成本進行了研究，認為在不同場景下的氫氣成本為2.45～4.34 美元/kg。

與壓水堆發電–常規電解制氫相比，高溫氣冷堆經熱化學循環或高溫電解制氫具有相對成本優勢。

五、我國核能制氫的技術基礎

在國家"863計劃"支持下，我國建成10 MWt高溫氣冷試驗堆並實現滿功率運行。在"先進壓水堆與高溫氣冷堆核電站"國家科技重大專項支持下，正在建設200 MWe高溫氣冷堆核電站示範工程。

我國核能制氫研究起步於"十一五"前期，對核能制氫的主流工藝——熱化學循環分解水制氫和高溫蒸汽電解制氫進行了論證研究，建成原理驗證設施，驗證了工藝可行性。

"十二五"期間，開展了氦氣透平直接循環發電及高溫堆制氫等技術研究，基本掌握碘硫循環和高溫蒸汽電解的工藝關鍵技術。

六、我國核能制氫的發展路線

論證提出我國核能制氫發展路線：原理驗證與單元集成–工程材料與設備開發–工程驗證–商業化示範。

到2020年，完成高溫氣冷堆制氫關鍵設備技術研究，正在國家科技重大專項支持下開展研發工作。

到2025年，完成高溫氣冷堆制氫中試工程驗證，建立產氫能力1000 m3/h的高溫堆制氫中試廠。

到2030年，開展超高溫堆–核能制氫–氫冶金的工程示範，在高效、大規模製備氫氣的同時，實施氫氣直接還原鍊鐵的工業應用。

圖3 核能制氫直接還原鍊鐵原理路線示意圖

發展核能制氫技術，有利於保持我國高溫氣冷堆技術的國際領先優勢，為未來氫能的大規模供應提供瞭解決方案，還為高溫堆工藝熱應用開闢新的用途，對實現我國未來的能源戰略轉變具有重大意義。