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摘要：日本原子能研究开发机构（JAEA）开发的采用高温气冷反应堆的热电联供系统受到了广泛关注。高温气冷反应堆所产生的高温热能可用于生产氢气，从而推动氢能应用的全面发展。

关键字：核能制氢、高温气冷堆、热电联供系统、高温热能制氢、新一代核能发电技术

日本原子能研究开发机构（JAEA）开发的采用高温气冷反应堆的热电联供系统受到了广泛关注。日本政府对于安全、低成本的新一代核能发电技术正在积极进行评估。高温气冷反应堆所产生的高温热能可用于生产氢气，从而推动氢能应用的全面发展。基于以往试验反应堆的经验，JARA正积极开展示范反应堆的开发工作。

JARA在大洗研究所（茨城县大洗町）建造的HTTR（高温工学试验研究反应堆）是世界首例反应堆出口冷却剂温度达到950℃的反应堆。通过该试验堆，JARA在确立示范堆（实用系统的原型）共性技术方面向前迈进了一大步。高温气冷反应堆的燃料是直径约1毫米的颗粒燃料，核心是铀，外层包裹着碳和碳化硅等4层材料，耐热性极高，可承受高达2000℃的高温而不损坏。

燃料体及其他反应堆内部结构采用了石墨结构材料，具有大热容量和高导热性，因此燃料能够通过向核反应堆容器外部辐射热量而冷却，从而不会导致堆心熔融，也不会释放异常放射性物质。由于系统使用氦气作为冷却剂，因此不会引起氢气爆炸等危险，具有极高安全性，有望作为紧凑型核反应堆投入实际使用。

HTTR（输出功率3万千瓦）已实现了50天连续运行，并证实了其能够作为供热反应堆使用。该反应堆还经过了“堆芯流量缺失测试”（即将冷却剂的流量降低到零的测试）等测试，确认了其安全性。同时，研究人员已开始着手研发利用高温热能制氢的实用化技术。

氢气生产以实现使用碘（I）和硫（S）的热化学法的碘硫循环工艺的实用化为目标，在约900摄氏度下热分解水制氢。通过Bunsen反应（亚硫酸气体、水和碘的气-液接触反应）生成碘化氢和硫酸；通过硫酸分解反应（将硫酸溶液浓缩、汽化并热分解）和碘化氢分解反应（将碘化氢溶液浓缩、汽化并热分解）提取氢气。

研究团队将上述化学反应相结合，并以40-50%的热效率为目标开展研发工作，目前已成功实现了每小时92升的氢气制取能力。研究团队还计划建立控制系统，以平衡和自动控制化学反应。

JAEA还在推进另一个项目，计划到2030年建立使用高温冷却反应堆作为热源制氢的技术，并进行氢气生产设施与HTTR结合制氢的示范。该计划将从HTTR供应氦气至新建的氢气生产设施，目标是先采用天然气的蒸汽重整工艺，未来再进行IS工艺的示范实验。

大洗研究所高温气冷反应堆研发中心的西原哲夫院长表示：“高温气冷反应堆最大的魅力在于，这套系统可以在不排放二氧化碳的情况下大量生产氢气。我们的目标是建立制氢和发电的热电联供系统。希望能够建立制氢系统的实用化技术和燃气轮机发电技术，从而实现热电联供。”

英国计划在2030年代初建造高温气冷反应堆的示范堆，JAEA也将参与该计划，与英国研究机构合作。该项目的目标是于2040年代实现安全、高效的高温气冷反应堆系统，以生产零碳氢气。

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核能制氢——新一代核反应堆“高温气冷堆”为何受到广泛关注？