Ежегодно в мире производится около 170 миллионов тонн аммиака, необходимого в первую очередь для сельского хозяйства. Однако традиционный метод его получения – процесс Габера – Боша – наносит серьезный ущерб окружающей среде. Он основан на использовании природного газа и приводит к выбросам более 420 миллионов тонн CO₂ в год, потребляя до 2% всей ископаемой энергии на планете.
Для решения этой экологической проблемы ученые разрабатывают альтернативные подходы к производству «зеленого» аммиака. Один из самых перспективных методов – электролиз воды для получения водорода, который затем соединяется с азотом. Процесс становится значительно эффективнее, если вместо воды использовать пар, применяя технологию высокотемпературного электролиза. Именно здесь открываются возможности для атомной энергетики, в частности для малых модульных реакторов (ММР), способных служить надежным и стабильным источником как тепла, так и электричества.
В США Университет штата Юта и национальные лаборатории при поддержке Министерства энергетики приступили к разработке проекта безуглеродного аммиачного завода. В его основе лежит малый модульный реактор от компании NuScale Power. Команда инженеров работает над созданием двух концепций: одна использует в качестве источника водорода пресную воду, а другая – морскую или солоноватую. Ключевая задача – эффективно объединить ММР, установку криогенного разделения воздуха для получения азота, модуль высокотемпературного электролиза и блок синтеза аммиака.
Сердцем системы является энергоблок NuScale Power Module тепловой мощностью 250 МВт и электрической 77 МВт. Он обеспечивает энергией высокотемпературный электролизер, работающий при 750°C. Оптимизация тепловых потоков – одна из главных целей проекта. Сам процесс синтеза аммиака выделяет тепло, которое можно направить на подогрев воды для электролизера, что значительно повышает общую эффективность всей системы и снижает итоговую стоимость продукта.
Исследователи уже проанализировали несколько конфигураций системы для поиска наиболее производительной. В ходе предварительного исследования было установлено, что самая эффективная схема – та, в которой «отработанное» тепло от компрессоров и реактора синтеза аммиака используется для производства пара. Такой подход позволил направить больше энергии от ядерного реактора непосредственно на электролиз, что привело к максимальной выработке аммиака среди всех протестированных вариантов.
В дальнейшем команда сосредоточится на детальном технико-экономическом анализе для определения конечной себестоимости «зеленого» аммиака. Кроме того, проект будет включать разработку подсистем опреснения морской воды методом вымораживания и хранения энергии льда. Это позволит не только расширить географию применения технологии, но и продемонстрировать весь потенциал инновационных систем на базе малых модульных реакторов.
