反应（6）是通过亚硫酸电解氧化得到氢气和H2SO4的液相电化学反应。这种对电能的利用在一定程度上将化学反应的数量简化为两个。反应在140 ℃或更低温度下进行，所需电压约为0.37 V（25 ℃），如图4（a）所示，其优点是电压小于水电解所需的1.48 V。
由于IS工艺和混合硫工艺需要600 ℃以上的高温反应场来驱动硫酸分解反应（在实践中，应该在850 ℃左右才能获得高转化率），因此高温气冷反应堆适合作为热源。
图4（b）是用热化学循环将核热能转化为氢能的能量转换图。原则上，1 mol的氢气可以从447 kJ的热量（900 ℃）中获得。通过耗尽近一半约0.5（900 ℃）㶲效比的核热能，可以将核热能转化为具有约0.8高㶲效比的氢能。
五、甲烷制氢
甲烷是一种丰富的化石资源，有50年（2×1014m3）的探明储量和200 年（8×1014m3）的可能储量。甲烷蒸汽重整法是一种通过在高温（800 ℃）下使天然气（即甲烷）等碳氢化合物燃料与蒸汽反应产生氢气（和CO2）的工艺。这种方法在工业上是一种成熟的技术，天然气（甲烷）重整占全球氢气总产量的48%，石脑油蒸汽重整占全球氢气总产量的30%。
蒸汽重整法的反应式如下所示。
甲烷是最稳定的有机分子之一，因为它具有很强的C—H键。甲烷直接热解技术的研发正在进行中，该技术有可能通过形成不会扩散到大气中的固体碳来制氢。甲烷热解的反应式如下所示。
其中，“s”表示固相。可以通过用核能补充热量来减少甲烷的使用，而不是消耗化石燃料来获得高温和反应热。
图5（a）展示了蒸汽重整和甲烷热解的化学反应的ΔH-T和ΔG-T图（固体和气体的热化学数据见文献）。这两个反应都是吸热反应，ΔG在600 ℃以上变为负值，有利于反应的进行。因此，高温气冷反应堆适合作为热源。
图5（b）显示了利用核热能将甲烷转化为氢气的能量转换图。甲烷的㶲效比约为0.9。通过在甲烷中加入㶲效比约为0.5的核热能，可以得到焓值为286 kJ、㶲为237 kJ的氢气。
因此，利用核热能将甲烷转化为氢气的过程可以理解为：如果不提供核能，将需要1.28倍的甲烷量（包括提供反应热量的燃料）；原则上，使用核能可以节省这一数量的甲烷。通过在使用甲烷的吸热反应中加入具有约0.5㶲效比（900 ℃）的核热能，就像放入热泵一样将低质量的热能抽到具有高㶲效比的氢气水平，从而提高了该能源的质量。在这种转换中，由于原则上不产生废热，因此核热能可以得到有效利用。
图5. （a）甲烷制氢反应的ΔH-T和ΔG-T图；（b）甲烷制氢的能量转换图。
六、核能制氢的优势
在一些电气化无法覆盖的工业应用中，氢气（作为燃料、化学原料、还原剂等）可以发挥价值。本文基于能量形式的转换提出以下观点：核能可以提供制氢所需的热能和（或）电能的一次能源；提供制氢所需的化学反应的温度水平。可以利用核能制氢的方法包括电解、热化学循环和碳氢化合物制氢法。可提供的温度水平取决于反应堆类型，因此每种类型的反应堆必须与合适的制氢方法相结合。轻水反应堆、快中子增殖反应堆和高温气冷反应堆都可以为电解提供能量。由于相关化学反应进行的温度范围有限，高温气冷反应堆适合作为热化学循环（硫族）以及甲烷重整和热解的热源。此外，由于氢气具有很高的㶲效比，因此可以将核电的热质量提高到氢气水平。这样，核能可以通过在制氢过程中发挥作用，为替代化石资源作出贡献。
注：本文内容呈现略有调整，若需可查看原文。
改编原文：
Shinji Kubo.The Roles of Nuclear Energy in Hydrogen Production[J].Engineering,2022,16(9):16-20.
