其中，“l”表示液相，“g”表示气相。图3（a）显示了水分解反应的ΔH-T和ΔG-T图，其中，T是反应温度，ΔH和ΔG分别是反应物和产物之间的焓差和自由能差（液体和气体的热化学数据见文献）。
图3. （a）水分解反应的ΔH-T和ΔG-T图；（b）高温蒸汽电解的能量转换图。
为了分解液态水以获得气态氢（1 mol）和氧（0.5 mol），需要与图3（a）中标明的（i） （ii） （iii）中的能量相应的总能量（286 kJ）。至少必须添加对应于（iii）中能量的自由能（237 kJ）作为电能。在低温水电解中，所有的能量[（i） （ii） （iii）] 都是由电能提供。
另一方面，在高温蒸汽电解中，水的汽化潜热（i）可以由热能提供，这样所需能量就会相应减少。原则上，ΔH（ii）的能量可以由外部以热能提供；在实践中，一个主流的方法是通过给电解池通电，将电能转化为焦耳热（同时承受这种㶲损失），这被称为热中性条件。
由于低温水电解法可以仅由电能驱动，因此可以使用轻水反应器、快中子增殖反应器或高温气冷反应器作为能源。高温蒸汽电解所需的水汽化热（i）也可以由轻水反应堆、快中子增殖反应堆或高温气冷反应堆提供。
图3（b）展示了一个能量转换图，它利用高温蒸汽电解将核热能转换为氢气。该能量转换图以㶲效比为指标（纵轴），比较了能量转换前后的焓值和㶲值。一定温度下的热㶲效比表示当温度下降到环境温度（25 ℃）时潜在可用功（相对于焓）的百分比。原则上，制氢效率随着发电效率的提高而提高，从而导致更高的㶲效比；也就是说，反应堆温度可以按以下顺序排列：轻水反应堆<快中子增殖反应堆<高温气冷反应堆。
图3说明了使用高温气冷反应堆在900 ℃的温度下（作为示例）加热生产1 mol氢气的过程。900 ℃时的热㶲效比为0.53。因此，原则上从焓值为456 kJ的热量中可以获得242 kJ的电能，另外214 kJ必须作为废热排放到低温环境中。此外，在100 ℃时可以从焓值为44 kJ的热量中获得1 mol的水蒸气。由于氢的标准㶲效比为0.83，因此电能和水蒸气转换产生的氢气的焓值为286 kJ，㶲值为237 kJ（㶲损失为10 kJ）。
这样，以核热能为出发点，将其转化为氢能的高温蒸汽电解法可以理解为：原则上，456 kJ的热量（900 ℃）和44 kJ的热量（100 ℃）可以得到1 mol的氢气。由于㶲效比约为0.5（900 ℃）的核热能被转化为㶲效比约为0.8的氢能，因此该过程必须包括近一半热能的废热。就像用于提高能源质量的热泵一样，通过将具有约0.1（100 ℃）㶲效比的核热能转化为具有高㶲效比的氢能，低温热能可以得到有效利用。
四、热化学循环
水的直接热分解需要几千度的高温。热化学循环是通过结合各种化学反应在更实用的1000 ℃或更低的温度水平下热分解水的方法。作为热化学循环的示例，碘硫（IS）工艺（也称为SI工艺）和混合硫工艺的硫族循环如下所述。
IS过程由以下三个化学反应组成：
其中，“aq”表示水溶液。反应（3）是硫酸（H2SO4）分解反应，在气相中热分解H2SO4产生氧气，反应（4）是碘化氢（HI）分解反应，在气相中热分解HI产生氢气。反应（5）称为本生反应，是水、二氧化硫和碘反应生成硫酸和HI的一种液相反应。本生反应中产生的H2SO4和HI可以通过液-液相分离现象分离为上层液相和下层液相。
图4（a）显示了构成IS过程化学反应的ΔH-T和ΔG-T图[液体和气体的热化学数据见文献，硫酸和HI的稀释焓值和水合熵（无限稀释）见文献。H2SO4分解反应（3）在600 ℃以上进行，其中，ΔG为负值，并伴有大量吸热。HI分解反应（4）是一个轻微吸热反应，在约500 ℃下进行。由于其ΔG虽小但为正，该反应偏向原料。因此，正在研究应用一种膜反应器，通过氢气分离膜从反应场中提取氢气（H2）作为产品，以改进这一反应。本生反应（5）在100 ℃以下进行，其中，ΔG为负值；并且产生大量放热。
图4. （a）热化学循环反应的ΔH-T和ΔG-T图；（b）热化学循环的能量转换图（碘硫过程和混合硫过程）。
如上所述，通过在自由能变化为负值的温度范围内操作化学反应，热化学循环可以仅由热能驱动。因此，该过程就像一个热机在工作，吸收高温热量并排出低温热量，产生分解水所需的功。
混合硫工艺（也被称为Westinghouse工艺）是一种将反应（4）和（5）替换为反应（6）的方法。
