Примерно 43% всех запланированных в мире мощностей по производству "зеленого" водорода могут столкнуться с серьезными проблемами из-за нехватки воды. Около четверти заявленных проектов общей мощностью почти 10,7 ГВт находятся в регионах, где одновременно наблюдаются высокий расход воды на охлаждение электролизеров и значительный дефицит пресной воды. К такому выводу пришли ученые Исследовательского центра Юлиха, Рейнско-Вестфальского технического университета Ахена и Университета Зигена в Германии, комплексно оценившие, как охлаждение оборудования влияет на водный след производства водорода.
До сих пор при разработке глобальных стратегий развития водородной энергетики учитывали лишь воду, необходимую непосредственно для электролиза. Считалось, что на производство одного килограмма водорода требуются 9 литров воды, а вместе с ее очисткой расход составляет примерно 10-12 литров. Однако это лишь часть общей картины.
Дело в том, что во время работы электролизеры выделяют большое количество тепла. Если его не отводить, оборудование перегреется и потеряет эффективность. Поэтому установки приходится постоянно охлаждать. Чаще всего для этого используют градирни, где вода испаряется, забирая с собой избыточное тепло. Именно на этом этапе и возникает основной дополнительный расход воды.
Чтобы выяснить, насколько он велик, ученые создали модель, которая учитывает температуру и влажность воздуха, обеспеченность регионов пресной водой, а также их потенциал для солнечной и ветровой энергетики.
Оказалось, что в холодных регионах на производство килограмма водорода в среднем требуются около 19 литров воды. В жарких районах Северной Африки, Ближнего Востока, Австралии и Южной Азии этот показатель возрастает до 39 литров. Почти весь дополнительный объем расходуется именно на охлаждение. В самые жаркие месяцы потребление воды может увеличиваться еще примерно на четверть. В результате некоторые регионы, которые большую часть года не испытывают серьезных проблем, летом оказываются в зоне острого водного дефицита.
Затем ученые сопоставили расход воды с тем, насколько обеспечены ею разные регионы мира, и рассчитали для них индекс водного риска. Оказалось, что почти половина всех планируемых мощностей по производству водорода приходится на территории с максимальным риском. Это Ближний Восток, Северная Африка, Центральная Азия, внутренние районы Австралии и юго-запад США.
Далее ученые сравнили карту водного риска с районами, наиболее подходящими для строительства солнечных и ветровых электростанций. Выяснилось, что более 63% территорий с самым высоким солнечным потенциалом одновременно относятся к зонам максимального водного риска. Получается, что главным препятствием для строительства солнечных водородных комплексов становится уже не нехватка земли и даже не количество солнечных дней, а доступность пресной воды. С ветроэнергетикой ситуация выглядит заметно лучше. Только 44% лучших площадок попадают в зоны высокого риска, а почти треть расположена в регионах с достаточными запасами воды. Это объясняется тем, что самые благоприятные ветровые районы обычно находятся в более прохладном и влажном климате.
По мнению ученых, выбирать место для будущих водородных заводов, ориентируясь только на дешевую солнечную или ветровую энергию, уже нельзя. В засушливых районах они предлагают использовать сухие или гибридные системы охлаждения, а также опресненную морскую или очищенную сточную воду.
Целесообразно учитывать при оценке проектов не только углеродный, но и водный след. Иначе в ряде регионов развитие водородной энергетики может лишь усилить нагрузку на ограниченные запасы пресной воды.
