Примерно 43% всех запланированных в мире мощностей по производству «зеленого» водорода могут столкнуться с серьезными проблемами из-за нехватки воды. Более того, около четверти заявленных проектов общей мощностью почти 10,7 ГВт уже сегодня планируется построить 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, впервые 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 требуется около 9 литров воды, а вместе с ее очисткой – 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, исследователи 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 требуется 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. Более того, 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. Он показал, 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. Именно здесь сегодня строятся крупнейшие водородные проекты мира – NEOM в Саудовской Аравии, Hyphen в Намибии и Pilbara в Австралии.
Далее исследователи 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, где на охлаждение требуется значительно меньше воды.
По мнению исследователей, 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.
При этом авторы работы полагают целесообразным учитывать при оценке проектов «зеленого» водорода не только углеродный, но и водный след. В противном случае в ряде регионов развитие водородной энергетики может лишь усилить нагрузку на ограниченные запасы пресной воды.
