Kernafval als bron voor industriële waterstofproductie

Hoewel het misschien contra-intuïtief lijkt om kernafval te waarderen als een bron van hernieuwbare brandstof, zien onderzoekers van de Universiteit van Sharjah in de Verenigde Arabische Emiraten dit milieubelastende afvalproduct als een veelbelovende grondstof voor waterstofproductie.

Een technologieoverzicht gepubliceerd in Nuclear Engineering and Design stelt dat de synergie tussen kerntechnologie en waterstofproductie een belangrijke stap voorwaarts betekent naar een alomvattend en veerkrachtig wereldwijd energiesysteem. ‘Het innovatieve gebruik van kernafval voor waterstofproductie biedt een dubbele oplossing voor dringende wereldwijde uitdagingen: het verminderen van milieuproblemen die gepaard gaan met radioactief afval en het tegemoetkomen aan de toenemende wereldwijde energiebehoefte.’

Recent onderzoek toont aan dat kernafval kan dienen als een energiebron voor waterstofproductie. Het kernprincipe is om conventionele elektrolyseprocessen te combineren met de aanwezigheid van radioactiviteit en de afvalhitte om de efficiëntie te verhogen.

Technologische routes

1. Stralingsversterkte elektrolyse
   Bij radiation‑enhanced electrolysis wordt water gesplitst in waterstof en zuurstof in de aanwezigheid van ioniserende straling afkomstig uit kernafval. Deze straling kan de elektrolyse‑reacties versnellen en de waterstofopbrengst theoretisch tot tienmaal hoger maken dan bij conventionele elektrolyse.
2. Uranium‑gebaseerde katalyse
   In plaats van dure en schaarse katalysatoren zoals platina kan men gebruikmaken van uraniumverbindingen die uit nucleair afval gewonnen worden. Deze stoffen kunnen als katalysator werken bij het splitsen van water of bij steam‑methaan reforming, een proces dat vaak industrieel wordt gebruikt om waterstof te maken.
3. Hitte‑integratie
   Naast straling kan de restwarmte van radioactief materiaal worden gebruikt om elektrochemische en thermochemische processen te voeden. Door deze warmte slim te integreren, kan energiegebruik van externe bronnen afnemen, een economisch en efficiënt voordeel bij industriële opschaling.

Voordelen en uitdagingen

Voordelen:

• Hogere efficiëntie: Door straling en hitte van afval te benutten kan de energievraag van waterstofproductie afnemen.
• Minder afhankelijk van schaarse materialen: Uraniumkatalysatoren kunnen traditionele dure katalysatoren vervangen.
• Milieuvoordeel: Door afval actief te gebruiken kan men de afvalstroom reduceren en de negatieve impact van opslag beperken.

Uitdagingen:

• Veiligheid en regelgeving: Werken met radioactieve materialen vergt strikte veiligheidsmaatregelen en goedkeuring door nucleaire regelgevers.
• Procesintegratie: Het integreren van deze nieuwe methoden in bestaande waterstof‑ketens vereist aanzienlijke engineering en kapitaalinvesteringen.
• Opschaling: Hoewel laboratory proof‑of‑concepts veelbelovend zijn, moeten grootschalige demonstraties plaatsvinden voordat commerciële toepassing haalbaar is.