高温气冷堆技术可实现大规模、工业化制取绿氢。核能制氢是利用核反应堆产生的热作为一次能源，从含氢元素的物质水或化石燃料制备氢气。核能制氢具有不产生温室气体、以水为原料、高效率、大规模等优点，是未来氢气大规模供应的重要解决方案。
核能制氢为高温气冷堆提升经济竞争力。作为高温气冷堆发电外最重要的用途，核能制氢不仅能实现制氢过程的无碳排放，还能拓展核能的综合应用领域，提高核电厂的经济竞争力。
目前高温气冷堆的制氢路线包括甲烷、烃类蒸汽重整、高温蒸汽电解（SOEC等）以及热化学循环（碘硫循环和混合硫循环）等。
（一）甲烷、烃类蒸汽重整
甲烷、烃类蒸汽重整可减少化石燃料的使用，减少CO2排放，是过渡性的制氢技术。该技术路线是一种通过在高温（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。以甲烷为中间体的生物质核能制氢技术，由生物质加氢气化制甲烷、甲烷水蒸气重整制氢、重整反应高温气冷堆供热三部分组成。
甲烷、烃类蒸汽重整是目前工业上主要的核能制氢方法。该方法以天然气为原料，成本低廉，但仍会产生大量的温室气体。如果用高温堆工艺热作为甲烷重整热源，可以减少化石资源的用量，并降低相应的碳排放。根据日本原子力机构的计算，与传统的蒸汽重整过程相比，可以减少约1／3用作燃烧燃料的天然气用量，也减少相应份额的二氧化碳排放。然而，蒸汽甲烷重整技术在制氢过程中依然会排放大量二氧化碳，因此需配备碳捕集、利用和封存设施，这会增加成本和工艺复杂性，因此世界各国将其视为过渡性制氢技术。
（二）高温蒸汽电解（HTSE）
高温蒸气电解具有过程简单、高效的优点。高温蒸汽电解通常利用固体氧化物燃料电解池（SOEC）实现高温水蒸气的电解。高温固体氧化物电解水制氢（SOEC）由阴极、阳极和电解质组成，800～1000℃ 水蒸气进入 SOEC模块，在电能和高温作用下分解，阴极产物气为H2／H2O 混合气，阳极产物为O2。
SOEC的电解效率高、能耗低。高温蒸汽电解是一种较传统低温电解法具有更高热效率和更低成本的先进方法。在电解之前，先通过核能将液态水升温为800-1000℃的高温蒸汽，从而提高制氢的效率。与传统电解相比，高温蒸汽电解的耗电量降低了约35％，工艺效率从100℃时的40％左右提高到850℃时约60％。该方法被认为是未来基于核能或可再生能源大规模制氢的一种有前景的方法。
（三）热化学循环制氢
热化学循环制氢成本低，具备规模经济性。热化学循环制氢分为碘硫循环和混合硫制氢两种路线。碘硫循环（IS cycle）由美国通用原子公司（GA）最早提出，被认为是最有应用前景的核能制氢技术。碘硫循环由三步反应相耦合，组成一个闭合过程，将水分解产生氢气和氧气。
热化学循环制氢具备成本低、效率高等诸多优势。由于热化学循环制氢过程中不需要使用贵金属催化剂，因此成本较低；全流体过程易于规模的扩大和实现连续运行，适合大规模制氢流程；制氢效率较高，碘硫循环以硫酸分解作为高温吸热过程，可与高温气冷反应堆热出口温度良好匹配，根据《中国高温气冷堆制氢发展战略研究》（张平著）判断，该方案制氢效率可达50％以上；无污染，在整个制氢过程中基本可以消除温室气体排放。目前热化学循环制氢产业化程度较低，还处于实验室阶段。
作为大规模制氢的有效途径，核能制氢受到美、日、法、英等核能大国的高度关注。目前美国的九英里峰核电站以及日本位于茨城县的高温试验堆“HTTR”已启动了核能制氢示范项目，法国、英国等主要核能大国也在大力支持推进核能制氢项目落地。
核能制氢仍有较大的降本空间，部分技术路线的经济性已与灰氢打平。美国能源部核氢创新计划进行了核能制氢经济性评估，得到的氢气成本在2.94～4.40美元／kgH2。此外，IAEA 开发了氢经济评估程序，参与国对核能制氢成本进行了情景分析，在不同场景下得到的氢气成本在2.45～4.34美元／kg H2。
此外，根据《Hydrogen Production Using Nuclear Energy》（IAEA发布）测算，高温气冷堆甲烷蒸汽重整制氢的生产成本有望达到1.25美元／kgH2，与传统制氢技术成本持平，具有广泛的市场空间，因此核能天然气制氢是当前核能制氢的重要技术路线。
高温气冷堆制氢能够与直接还原炼铁、合成氨、煤液化、石油精炼等领域耦合应用。
高温气冷堆可以实现制氢与炼铁的耦合，将大幅度降低钢铁冶炼过程中温室气体和其他有害物质的减排，为冶金行业带来行业革命性的变化。2019年1月15日，中国宝武与中核集团、清华大学签订《核能-制氢-冶金耦合技术战略合作框架协议》，三方将合作共同打造世界领先的核氢冶金产业联盟。联盟以世界领先的第四代高温气冷堆核电技术为基础，开展超高温气冷堆核能制氢技术的研发，并与钢铁冶炼和煤化工工艺耦合，依托中国宝武产业发展需求，实现钢铁行业的二氧化碳超低排放和绿色制造。
原文始发于微信公众号（嘿嘿能源与科技PowerTech）：核能制氢：高温气冷堆终极应用场景
