核废料再利用技术创新 可担任环保氢气能的关键角色

如何实现无碳能源时代？氢气能一直倍受瞩目，它与氧气燃烧，唯一的副产品是水。有什么理由不喜欢它呢？问题在于，如何制作氢气，就决定了氢能是否环保。阿联酋的沙迦大学（University of Sharjah）提出「用核废料生产氢气」想法，其中没有燃烧反应，也就不会产生二氧化碳。

许多政客希望氢能取代化石燃料，但是多数的政客不懂科学，所以他们往往没有考察到技术有多复杂。现在最便宜的工业制氢，是「甲烷分离法」，也就是将化学式CH4的甲烷，把碳（C）给剥离出来。然而甲烷本身就是化石燃料，所以这种方式其实一点也不环保，被称为「灰氢」，也就是极不环保的氢气。

更环保的氢气方法是电解法。也就是让电流通过水，将水分子分解成氢气和氧气。这种方法非常简单，是孩子常见的科学实验，但效率很低，需要专用的外部电源。 并且，这又牵涉到「使用什么电力来制氢」的问题，如果是拿火力发电来制氢，那同样是「灰氢」。

沙迦团队认为，解决这个问题的一个方法，是利用核废料来提高氢气产量。从经济角度来看，这很有吸引力，因为反应器中功率衰退的乏燃料棒，本身已失去能源的价值，但是它的温度仍然过高（物理和放射性都很高），暂时无法处理，必须存放在储存池中数年，直到可以转移到后处理和处置。那么，为什么不利用这段时间，要它们进行一些有益的再利用呢？

这种方法是将传统电解法与核废料辐射处理结合，由于水与废料不会直接接触，因此不存在污染风险。

第一种方法是「辐射分解法」，首先核废粒有高能的α粒子、β粒子和γ粒子，它们持续轰击水分子，使其预先分裂成氢自由基、羟基自由基、水合电子、分子氢和过氧化氢等物质。这些物质处于一种类游离状态，也就更容易被电流分解成氢气，从而获得更高的产氢效率。

第二种方法是提取乏燃料中的铀，制成铀基催化剂，这种催化剂能够加速电化学反应，而自身却不会被消耗。研究表明，利用废料制成的铀基催化剂，比铂或其他贵金属制成的催化剂便宜得多。

第三种方法完全不涉及电解。它利用铀催化剂来增强蒸汽甲烷重整（SMR）反应，这是目前世界上主要的工业氢气制程。这种催化剂比其他催化剂更不容易积碳，因此使用寿命更长。不过，此方法也是拆解甲烷，会留下固体碳渣，这些碳渣需要另外处理。

第四种方法是利用乏燃料产生的高热，来驱动化学和电化学反应，从而提高制程效率，而无需投资建造辅助加热系统。

沙迦大学研究团队在一份声明中表示：「利用核废料生产氢气是能量的再利用，它将一个长期存在的环境问题，转化为一种有用的资源。随着全球对可持续清洁能源的需求不断增长，氢气已成为一种极具前景的能源形式。」