印度启用全球首套核热制氢示范装置

它不是一座商业化制氢工厂，却第一次把快堆产生的高温核热，真正接入了铜—氯热化学循环。

6 月 26 日，印度原子能部秘书阿吉特·库马尔·莫汉蒂，在泰米尔纳德邦卡尔帕卡姆的英迪拉·甘地原子研究中心（IGCAR），启用了一套特殊的制氢装置。

这套装置不依靠风电、光伏电解水，也不是先把核能全部转化成电力再制氢，而是把快中子增殖试验堆产生的工艺热，直接送入铜—氯热化学循环制氢系统。

印度官方将其称为“世界首个”。更准确地说，这是全球首套利用核反应堆工艺热驱动铜—氯循环的制氢示范设施。它并不是全球第一个核能制氢项目，也不是已经进入商业运营的大型制氢厂。

这套装置究竟建在哪里？

项目所在地卡尔帕卡姆，是印度最重要的快中子反应堆研发基地之一。

装置由印度两大核科研机构联合完成：

项目 公开信息
技术开发巴巴原子研究中心（BARC）
工程建设与反应堆耦合英迪拉·甘地原子研究中心（IGCAR）
核热来源快中子增殖试验堆 FBTR
制氢路线铜—氯热化学循环（Cu–Cl 循环）
项目性质技术验证示范装置
启用时间2026 年 6 月 26 日
主要目的获取实际运行数据，验证核热耦合并为后续放大做准备

需要特别注意，提供热源的是印度已经运行多年的快中子增殖试验堆 FBTR，而不是同一园区内、2026 年 4 月首次达到临界的 500 兆瓦原型快中子增殖堆 PFBR。

FBTR 是一座钠冷、回路型快中子增殖试验堆，热功率约为 40 兆瓦，电功率约 13.6 兆瓦，使用钚—铀混合碳化物燃料。

换句话说，这个项目并没有为了制氢单独建设一座反应堆，而是从现有试验堆的热力系统中取出一部分高温热量，验证能否稳定驱动制氢循环。

它和“核电制氢”有什么不同？

传统核能制氢，通常采用这样的路线：

核裂变产生热量

→ 蒸汽推动汽轮机发电

→ 电力送入电解槽

→ 电解水产生氢气

这条路线技术成熟，但能量需要经历“热—电—氢”两次转换，每一次转换都会带来能量损失。

印度此次验证的路线则是：

核裂变产生高温热量

→ 直接驱动化学反应

→ 少量电力辅助电化学步骤

→ 水分解为氢气和氧气

因此，Cu–Cl 循环并不是完全不需要电力，而是一种热化学与电化学相结合的混合循环。其主要能源输入是热量，电力只承担其中一个电解步骤。BARC 给出的典型热制氢效率目标约为 45%，但这一数字属于技术路线的设计或测算值，并不代表此次新装置已经取得的实测效率。

铜和氯并不会被消耗，它们只是“搬运工”

Cu–Cl 循环的核心，是利用铜和氯的化合物，在不同温度和反应器之间循环，帮助水分子逐步分解。

整个过程主要包括四个环节：

  1. 水解反应。氯化铜与水蒸气发生反应，生成盐酸和含氧氯化铜中间体。这一过程通常需要约 390℃ 的热量。

  2. 高温热分解。中间体在约 500℃ 至 530℃ 条件下分解，释放氧气，并生成氯化亚铜。这也是整个系统对高温核热需求最集中的部分。

  3. 电化学制氢。氯化亚铜在较低温度下进入电解单元，在少量电力作用下释放氢气，并重新生成氯化铜。

  4. 蒸发与结晶。溶液经过浓缩、干燥和结晶，再次回到循环起点。

从理论上看，系统最终消耗的主要原料只有水，铜、氯等化学介质在内部循环使用，最终产品为氢气和氧气。

与需要 800℃ 以上高温的硫—碘循环相比，Cu–Cl 循环的一个重要优势，是最高反应温度大约控制在 500℃ 至 530℃。这使其更容易与现有核反应堆或工业高温热源匹配。

核反应堆的热量是怎样送进制氢装置的？

这个项目最有技术含量的部分，并不是在实验室里完成几次化学反应，而是如何把具有核安全要求的反应堆热力系统，与含有氯化物、盐酸和固体颗粒的化工系统连接起来。

公开资料显示，装置从 FBTR 的二回路液态钠系统提取热量，而不是直接接触反应堆一回路。液态钠在约 480℃ 附近流动，将热量传递给 Cu–Cl 循环中的热分解反应器。BARC 在 2026 年初披露，装置已经在 FBTR 现场完成安装，目标是利用二回路熔融钠进行一体化运行。

IGCAR 公布的工程设计还显示：

  • 制氢系统设置了约 325℃ 和 500℃ 两个主要供热温区；
  • 热分解反应器采用三层同心壳体结构；
  • 内部关键壳体使用耐高温、耐腐蚀的 Inconel 625 镍基合金；
  • 钠管道主要使用 316 不锈钢；
  • 内层与中间层之间设置充氦隔离空间；
  • 最外层流过来自 FBTR 二回路的高温液态钠；
  • 设计评估运行时间达到约 1 万小时，预计热循环次数约 100 次。

这种设计的意义，是在核设施与化工设施之间建立多重物理隔离。

即使制氢侧出现腐蚀、泄漏或压力波动，也不能影响反应堆钠系统；同样，反应堆系统中的介质也不能进入最终氢气产品。

装置到底能生产多少氢？

这是目前最容易被误读的地方。

印度原子能部此次发布的启用公告，并没有公开这套 FBTR 耦合装置的最终额定产氢量、氢气纯度、单位能耗和连续运行时间。

不过，BARC 此前披露了同一技术路线的研发进度：

名称 说明
实验室级装置约 5 标准升/小时
中试一体化装置设计能力约 150 标准升/小时
中试装置累计运行时间约 225 小时
下一阶段原型装置规划能力约 3000 标准升/小时，也就是 3 标准立方米/小时
更远期目标与拟建的 5 兆瓦热功率高温气冷堆系统进行集成设计

因此，150 标准升/小时和 225 小时，是 BARC 此前中试技术平台取得的参数，不能直接等同于此次卡尔帕卡姆核热耦合装置的最终产能。

BARC 还曾估算，未来大规模 Cu–Cl 核热制氢的成本可能达到每公斤 1 至 2 美元。但这属于技术经济模型预测，并非本项目已经实现的实际制氢成本。

“世界首个”究竟该怎样理解？

核能制氢并不是一个全新的概念。

美国、加拿大、日本、韩国、中国和俄罗斯等国家，都开展过核电电解水、高温蒸汽电解、硫—碘循环和 Cu–Cl 循环研究。

例如，日本原子能研究开发机构曾运行每小时约 30 升氢气的硫—碘循环试验装置，并计划进一步与高温工程试验堆 HTTR 耦合；加拿大也长期进行 Cu–Cl 循环实验室研究。中国则围绕高温气冷堆、硫—碘循环和高温蒸汽电解开展了多项研发。

印度此次真正领先的地方，是完成了以下三个条件的组合：

  • 正在运行的核反应堆；
  • 直接提取核工艺热；
  • 驱动完整 Cu–Cl 制氢循环。

所以，“世界首个”的准确表述应该是：

全球首套利用核反应堆工艺热驱动铜—氯热化学循环的制氢设施。

【信息来源：PIB、BARC、IGCAR、IAEA】