Ученые из Института науки Карнеги и Миланского политехнического университета попытались разобраться, что произойдет, если в условиях нарастающего дефицита пресной воды человечество всерьез сделает ставку на опреснение как на универсальное решение. Их анализ дает наглядное представление о масштабе будущего вызова и показывает, насколько высокой и неравномерной может оказаться цена такого выбора для разных стран в условиях изменения климата.
Дефицит воды уже сегодня затрагивает более 4 миллиардов человек и по мере потепления климата будет только усиливаться. Засухи становятся чаще, испарение растет, а потребление воды в сельском хозяйстве, энергетике и промышленности продолжает увеличиваться. На этом фоне опреснение нередко воспринимается как логичный выход: соленой воды достаточно, а технологии ее преобразования в пресную считаются относительно энергоэффективными. Однако ученые предложили выяснить цену такого решения с точки зрения энергии, денег и выбросов CO₂.
В центре их анализа был метод обратного осмоса, на который сегодня приходится около 70% всех опреснительных мощностей в мире. Его принцип хорошо известен: соленую или солоноватую воду под высоким давлением пропускают через мембраны, которые задерживают соли и примеси. Однако у этого процесса есть жесткое физическое ограничение. Чем выше соленость исходной воды, тем большее давление необходимо создать, чтобы преодолеть осмотическое давление, а значит – тем больше электроэнергии требуется. Таково фундаментальное следствие термодинамики.
Расчеты показывают, что при опреснении слабосоленой воды, например из солоноватых подземных горизонтов, на производство одного кубометра пресной воды в среднем уходит около 1,8 кВт·ч электроэнергии. Если же речь идет о морской воде, где соленость почти в три раза выше, энергопотребление возрастает примерно до 3 кВт·ч на кубометр. Таким образом переход от солоноватых источников к морским автоматически означает рост энергозатрат примерно на 70–75%.
Эту физику процесса ученые объединили с климатическими прогнозами. Используя пять различных климатических моделей, они оценили так называемые водные разрывы – периоды и объемы, когда потребление воды превышает устойчиво доступные ресурсы рек и подземных вод. Расчеты проводились как для современного климата, так и для двух сценариев будущего потепления – примерно на 1,5 и 3 °C. Это позволило увидеть не одну усредненную оценку, а широкий диапазон возможных будущих нагрузок.
Выяснилось, что для закрытия ожидаемого дефицита воды за счет опреснения миру потребуется от 800 до 1 600 ТВт·ч электроэнергии в год, в зависимости от климатического сценария и солености используемой воды. Это сопоставимо с годовыми объемами потребления электроэнергии крупнейших индустриальных экономик и составляет около 1% всего мирового энергопотребления. Но принципиально важно другое: эта энергия должна вырабатываться именно там, где возникает дефицит воды, а это зачастую регионы с уязвимыми и углеродоемкими энергосистемами.
С учетом реальной структуры мировой генерации опреснение в таких масштабах может приводить к выбросам до 1 млрд тонн CO₂ в год, то есть к 2-3% глобальных выбросов. В результате технология, призванная помочь адаптироваться к изменению климата, сама начинает заметно усиливать климатическую нагрузку. Особенно остро это проявляется в странах, где электроэнергия по-прежнему в основном производится из ископаемого топлива: там каждый кубометр опресненной воды сопровождается сотнями, а иногда и тысячами граммов выбросов углекислого газа.
Экономическая сторона выглядит не менее жестко. Даже если учитывать только стоимость электроэнергии, без капитальных затрат на строительство и инфраструктуру, глобальные расходы на опреснение для компенсации дефицита воды могут превышать 100 млрд долларов в год. Для бедных и одновременно вододефицитных регионов такие расходы способны достигать нескольких процентов ВВП, что в сочетании с ростом энергопотребления делает опреснение структурно труднодоступным решением без внешней финансовой и технологической поддержки.
В итоге исследователи приходят к выводу, что опреснение не может рассматриваться как универсальное решение водного кризиса. Оно способно эффективно работать в странах с доступом к дешевой и низкоуглеродной электроэнергии, устойчивыми энергосистемами и достаточными финансовыми ресурсами. В остальных случаях ставка исключительно на опреснение рискует привести к тому, что водный дефицит просто трансформируется в энергетический и климатический.
