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【快速認識核能製氫目前進度】
#核能也能搞製氫 #要搞彈性一起來
最近歐洲好多再生能源業者為了減少棄電率以及減少電網負擔(其實是要提升自己的商業效益)，開始結合電廠與製氫廠，但你知道核能也可以這樣搞嗎？

▋氫能源是二次能源是載體
化石燃料、核能以及再生能源屬於初級能源（primary energy source）。氫氣和電力屬於次級能源(secondary energy source)，次級能源指初級能源經轉化後以別種形式存在的能源，也就是，氫氣和電力不會憑空誕生，必須透過初級能源製造。此外，熱力學第二定律告訴我們，所有轉化過程皆會導致能量損失。也就是說，若將煤炭轉換成電能、電能所蘊含的能量會減少，因此，開電暖器取暖會比燒煤炭取暖更加耗能。

化石燃料、氫氣和電力同屬於能源載體(energy carrier)，描述一種能讓你透過轉換器將能量變成機械能或熱能的媒介。舉個例子，石油透過汽車的內燃機轉變為動能、讓你四處移動；電力透過電暖器的電熱絲產生輻射熱供暖。一世紀以來，能源載體朝著更輕、更方便攜帶且低碳/無碳排的趨勢前進，因此可以預期將來電力和氫氣會取代化石燃料，而各行各業的電氣化將會是必然的趨勢。

▋核能製氫
四十年前就有人想過利用核能產生的高熱或電力來製造氫氣了，第四代反應爐的高溫氣冷式反應爐(high-temperature gas-cooled reactor, HTGR)即為一例。該反應爐能提供將近一千度的高溫氦氣以提升熱化學反應和製氫製程（如天然氣-水蒸汽的重組反應, Reforming）的效率。設計上也能支援海水淡化和小型模組化。

四代爐國際論壇(Generation IV International Forum)的成員：加拿大、中國、法國、日本、俄羅斯、印度、歐盟、南非、美國都有設計專門用於產氫的核電廠或已在實驗室進行初步驗證。隨著市場需求提升，各國有加快(或重新)研發步驟的趨勢。但這趕不上市場對乾淨氫氣的需求，法國決定另闢路徑：用核電電解水

法國電力公司和英國政府於2018年時組成了Hydrogen to Heysham (H2H)聯盟驗證核能製氫的可能性。H2H聯盟於Heysham核電廠內安裝了1MW的鹼性電解裝置(alkaline electrolyser)和1MW的質子交換膜電解裝置(proton exchange membrane electrolyser)，並驗證了兩套主流電解技術的表現。將一部分核電撥給此兩套系統，日產氫氣量最高可達800公斤。

研究同時表示，規劃中的Sizewell C核電廠、以及建造中的Hinkley Point C核電廠都將能支援大規模、模組化電解系統。研究給出以下結論：從技術和安全層面來看，核能製氫實際可行，而且有潛力從預計的示範型計畫擴大規模。H2H聯盟認為，若串聯電解系統和核能，將能製造足夠的氫氣以滿足英國未來一大部分的需求。又，為了反映核電廠整體生命週期的碳排放，H2H聯盟替核能製氫加上了名目碳足跡。

美國能源局(U.S. Department of Energy)的核能製氫計畫將由Idaho National Laboratory主持。預計在2020和2021年，於Ohio、Arizona、Minnesota州的三處核電廠驗證核電電解水的相關技術；能源局期待此計畫能提升核能的長期競爭能力。

▋經濟表現
核能大量穩定的輸出是低碳能源中最大的優勢。H2H聯盟的研究報告指出，核能的穩定輸出能使電解裝置達到93%利用率。由於 #電解裝置的每日利用時間越長、#越能降低其製氫成本，故和間歇性的風力及太陽能相比，核能在成本上有競爭優勢。美國能源局也抱持相同看法。

替核電廠加裝電解裝置也是替核電添加了彈性調度的強力外掛，如此核電廠就能在電網需求不高時將多餘電力轉變為氫氣儲存起來；並在電力需求上升時，將氫氣透過燃料電池轉換為電力。這種彈性有助於穩定整體電網、彌補再生能源的間歇性和不穩定性。也幫助核能在偏向再生能源的電力市場中更有競爭性。

氫氣可現地儲存、或透過氫氣基礎設施儲存、運送、分配。對應的充氫站、氫氣運輸管線等基礎建設的鋪設將會帶動一波需求。足量的氫氣供應將會對交通運輸業(燃料電池)和供暖行業(取代天然氣)有極大的幫助。

H2H聯盟的研究已證明現行的核電廠技術和電解裝置技術就能達成核能產氫的目標，也有潛能擴大規模，在主要結構候選材料Inconel 617通過50萬小時的高溫實驗驗證後，高溫氣冷式反應爐有望能加速問世。

▋這是個結論
電解製氫核能來做的話很OK，至於為何歐美要積極切入這塊，主要還是因應多變電力市場以及多元經營為考量~ 未來賣氫氣可能比賣電更好賺。近期EDF已經遞出Sizewell C核電廠的興建申請，製氫計畫也包含在裏頭，若順利動土，將很快看到歐洲第一個核電製氫的商業規模案例，預估每天可達22萬噸的氫產量，價格也可以達到每公斤約2美元，此外，目前歐洲投資環境對核能發電並不友善，但對於製氫則是屬於永續投資分類的一環，核能業者也能藉此獲得資金。

至於台灣要搞氫經濟... 也得先生出穩固又無碳的電源咩~

▋參考資料
Hydrogen to Heysham feasibility report
https://reurl.cc/exnXZ7

Eugene Huang 暫譯參考:
阿尼岡德森：你好，我是阿尼岡德森Fairewinds，今天我想和你談談放置用過燃料棒的燃料池是否會起火：1)起火的可能性. 2)起火原因. 3)導致的後果。為什麼大家把焦點放在福島第4號反應爐。一個原子分裂就可以釋放出令人不可思議的熱量，而核反應爐中，鈾分裂時95％的物質化成熱量釋出，剩下的5％為核分裂後的產物，必須放置在燃料池中，至少5年讓其冷卻。分裂剩下的鈾封藏在小指般大小的小球，這些小球投入約12英尺長的鋯合金棒中。但鋯合金在空氣遇高熱會產生自燃，一旦開始燃燒時，水也無法使其熄滅的。
鋯合金棒捆紮成大約12英尺高一束，從核反應爐吊運至燃料池。早在2011年4月，Fairewinds曾經把單鋯合金在空氣中燃燒的事實拍成紀錄片，在大氣中加熱到一定程度的鋯合金，會產生自燃，即使移開外部熱源，它還是會繼續燃燒。
問題是，這種情況可能發生在燃料池嗎？福島核電廠有四個反應爐，現在大家最關切的是4號爐，所使用的MARK-I型的燃料池，如果發生問題時，設計上並沒有防止核輻射擴散的容器，因此核輻射物質就會直接逸散到大氣。事故發生前，4號爐才將所有核燃棒放入燃料池，這就是為什麼全世界特別擔心4號機組。4號機組的廠房也遭地震破壞，建築物的底部支柱已彎曲，這是歐拉第一種模型支柱座屈現象，它顯然是地震破壞的痕跡而不是爆炸才發生的。該建築已被地震加上爆炸所破壞，而所有的燃料棒卻在毫無遮掩的燃料池中，這就是為什麼在世界上所有的目光都集中在福島核電廠4號機組到底會怎樣。
巧合的是，核能管理委員會曾想知道燃料棒束是否會在空氣中燃燒，他們委託桑迪亞國家實驗室運行測試，沒想到測試完成大約2週後，福島就發生事故。實驗室利用電阻加熱器模擬用過的燃料棒，就像烤麵包機一樣，產生相當的熱量。
5小時的實驗，我們濃縮成大約約1分鐘的記錄片。第一個畫面左上角的圖片燃料棒束有加熱的電源線進入，及收集資料的監控線，在最右側是燃料棒束的側面，我們從Fairewinds的網站鏈接到桑迪亞國家實驗室的網站，在這5個小時中可以觀察到，接著的畫面看到加熱後不久，開始冒煙，冒煙一陣子不多久就起火了，最後的畫面就是燃燒的火束，你看到的就是在空氣中燃燒的鋯合金。
現在我們擔心的是，福島第4號反應爐情況也許會更糟，在燃料池中，有1500個燃料棒束的，而其中有300多束是剛從核反應爐取出，溫度非常高，更慘的是日本人把一把剛從反應爐心卸載的核燃料棒沒有分散地放在燃料池一個非常狹小的空間。在美國我們會將把冷熱核燃料棒分散配置像棋盤圖案那樣，彼此之間有一定間隙。因此福島4號機房燃料池會著火嗎？從剛才的影片已證明被加熱的燃料棒是會燃燒的。在七月初，燃料池冷卻系統發生故障，初級泵和備用泵故障達數天之久，沒有水在的燃料池中循環，當時池子開始升溫，每天溫度上升10度攝氏，燃料池有30萬加侖的水，想想看，每天溫度升高10度，大約一個星期後，池子就開始沸騰，兩星期後核燃料棒頂部就會暴露在大氣中。我所擔心的不是冷卻系統，我想兩週內他們可以在解決幾乎所有的冷卻問題， 真正的問題是地震，建築結構已損壞，再來的地震如果使池子水流出，那真的完了，沒有辦法可以來冷卻像天文數字的熱量。燃料池一起火，鈾也將從鋯合金的容器散逸在大氣中，早在1998年左右，布魯克海文國家實驗室做過一個研究，燃料池一旦起火燃燒，他們估計將導致超過18萬人因而致癌，半徑約60公里的面積必須永久撤離。當時布魯克海文國家實驗室的研究鈾量比福島四號反應爐的燃料池要少，如果是發生在福島，那麼情況應比實驗的估計質要嚴重。
美國MARK-I型反應爐有23座，核燃料棒都比福島反應爐規模大，這是一個國際問題，尤其是在美國，我們現在該做些什麼呢？我們應該對東京電力公司和日本政府施壓，要趕快把池子的燃料棒撈起來，不能等待地震中來證明實驗室的理論是對或錯。同樣的在美國我們必須要求美國核管理委員會作同樣的動作。但當前核能業為了省錢，是不那麼容易這麼作的。福島事故發生後，Fairewinds能源教育機構，不斷提出世界性重要的議題，Mark I設計的燃料池問題是其中之一。 為了繼續製作這些影片，我們要求大家的捐助，我們非常感謝大家的捐款，也再度希望在8月能夠再得到助款，使得這些研究工作得以繼續到未來，。 非常感謝。我會及時通知您們新的訊息。http://vimeo.com/47543549