借助小型和微型核反應堆實現工業脫碳

從水泥和航運到石油、天然氣和鋼鐵生產，各行各業都在研究和改變減少排放和實現作業凈零排放轉型的做法。新的核能解決方案正在成為一個關鍵選擇。

上游作業，例如通過鉆探、泵送和壓裂開采天然氣和石油，需要大量能源，這些能源目前主要來自化石燃料。下游作業，例如提煉和加工這些材料用作燃料，或用于藥品或化肥等產品，也需要熱能和電力，而這些熱能和電力也主要來自化石燃料。

“大多數石油和天然氣作業都燃燒化石燃料來生產上游和下游作業所需的能源。”原子能機構核能司司長 Aline des Cloizeaux說，“為了減少這些過程的碳排放，理想情況下，鉆井、天然氣液化和精煉將采用低碳能源，如核能。”

許多石油和天然氣、鉆井和開采作業都在偏遠地區進行，在許多情況下，這些過程不可能由電網供電。在這種情況下，微型反應堆或小型模塊堆可以提供低碳替代方案。

“從事煉油工藝和鉆井作業的公司需要核能。這些都是碳密集型工藝，在30%的情況下，電網無法到達開采或煉油地區。”Terra Praxis公司首席技術官Chirayu Batra說。Terra Praxis是一家非營利組織，致力于為煤炭、工業用熱和重型運輸等難以減排部門提供脫碳解決方案。“燃燒柴油和天然氣來生產這些作業所需的能源對該行業來說是一種商業損失，意味著更多的碳排放。有一種方法可以通過遠程、可靠和無碳的能源實現這些過程的電氣化。微型反應堆如果放置在船舶或浮動平臺上，可以在大多數地方使用，甚至可以在海上使用。” Chirayu Batra說。

高效清潔運行

雖然小型模塊堆和微型反應堆有可能部署在偏遠地區，但小型模塊堆在塑料制造或其他形式的工業用熱加工等行業中也有重要用途。目前的核反應堆能夠產生大量熱量，但由于蒸汽轉化為電力的效率問題，約有60%至70% 的熱量被釋放到環境中。

在減少碳排放的同時，更有效地利用核能的一種方法是將核反應堆產生的熱量用于工業或化學過程。美國能源部的“先進反應堆示范項目”正在支持開發一種高溫氣冷小型模塊堆，用于消費品制造廠。

陶氏化學公司計劃用小型模塊堆取代燃氣燃燒和蒸汽發動機，作為陶氏承諾到2030年將碳排放量減少30%的一部分。陶氏的目標是到2050年實現碳中和。

高溫核反應堆能夠產生 750攝氏度的熱量，特別適合作為生產烯烴的低碳方法，烯烴是一種可用作塑料、清潔劑和粘合劑起始材料的化合物。陶氏擬建的小型模塊堆將位于得克薩斯州Seadrift的現有生產基地，預計每年可減少約440 000噸二氧化碳的排放。小型模塊堆將用于提供工藝用熱，以生產包裝、油漆和泡沫中使用的聚乙烯等產品。

這個包括四座反應堆的項目預計將于2026年開始建設，并于本世紀末完工。陶氏董事長兼首席執行官 Jim Fitterling表示，該項目“將使陶氏在減少碳排放方面邁出重要一步，同時為我們的客戶和社會提供碳足跡更低的產品”。他還表示，該項目“將成為工業部門如何安全、有效、經濟地實現脫碳的領先范例”。

原子能機構通過召集專家、政府和監管機構加強這一新技術的安全可靠部署，幫助協調世界各國開發小型模塊堆和微型反應堆工作。原子能機構于 2022年6月啟動了“核協調和標準化”倡議，并于 2021 年啟動了小型模塊堆及其應用平臺。“核協調和標準化倡議”旨在推進小型模塊堆設計、建造、監管和工業方法的協調和標準化，而小型模塊堆平臺則支持小型模塊堆開發、部署、許可和監督的各方面。

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