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能源化工

核废料再利用技术创新 可担任环保氢气能的关键角色

来源:中国时报2025-11-17 19:2315

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如何实现无碳能源时代?氢气能一直倍受瞩目,它与氧气燃烧,唯一的副产品是水。有什么理由不喜欢它呢?问题在于,如何制作氢气,就决定了氢能是否环保。阿联酋的沙迦大学(University of Sharjah)提出「用核废料生产氢气」想法,其中没有燃烧反应,也就不会产生二氧化碳。

许多政客希望氢能取代化石燃料,但是多数的政客不懂科学,所以他们往往没有考察到技术有多复杂。现在最便宜的工业制氢,是「甲烷分离法」,也就是将化学式CH4的甲烷,把碳(C)给剥离出来。然而甲烷本身就是化石燃料,所以这种方式其实一点也不环保,被称为「灰氢」,也就是极不环保的氢气。

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更环保的氢气方法是电解法。也就是让电流通过水,将水分子分解成氢气和氧气。这种方法非常简单,是孩子常见的科学实验,但效率很低,需要专用的外部电源。 并且,这又牵涉到「使用什么电力来制氢」的问题,如果是拿火力发电来制氢,那同样是「灰氢」。

沙迦团队认为,解决这个问题的一个方法,是利用核废料来提高氢气产量。从经济角度来看,这很有吸引力,因为反应器中功率衰退的乏燃料棒,本身已失去能源的价值,但是它的温度仍然过高(物理和放射性都很高),暂时无法处理,必须存放在储存池中数年,直到可以转移到后处理和处置。那么,为什么不利用这段时间,要它们进行一些有益的再利用呢?

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这种方法是将传统电解法与核废料辐射处理结合,由于水与废料不会直接接触,因此不存在污染风险。

第一种方法是「辐射分解法」,首先核废粒有高能的α粒子、β粒子和γ粒子,它们持续轰击水分子,使其预先分裂成氢自由基、羟基自由基、水合电子、分子氢和过氧化氢等物质。这些物质处于一种类游离状态,也就更容易被电流分解成氢气,从而获得更高的产氢效率。

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第二种方法是提取乏燃料中的铀,制成铀基催化剂,这种催化剂能够加速电化学反应,而自身却不会被消耗。研究表明,利用废料制成的铀基催化剂,比铂或其他贵金属制成的催化剂便宜得多。

第三种方法完全不涉及电解。它利用铀催化剂来增强蒸汽甲烷重整(SMR)反应,这是目前世界上主要的工业氢气制程。这种催化剂比其他催化剂更不容易积碳,因此使用寿命更长。不过,此方法也是拆解甲烷,会留下固体碳渣,这些碳渣需要另外处理。

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第四种方法是利用乏燃料产生的高热,来驱动化学和电化学反应,从而提高制程效率,而无需投资建造辅助加热系统。

沙迦大学研究团队在一份声明中表示:「利用核废料生产氢气是能量的再利用,它将一个长期存在的环境问题,转化为一种有用的资源。随着全球对可持续清洁能源的需求不断增长,氢气已成为一种极具前景的能源形式。」

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