Wodne problemy energetyki

Rok 2025 w Polsce jest którymś kolejnym rokiem z rzędu, w którym wystąpił problem suszy: zarówno rolniczej, jak i hydrologicznej. Zasoby wodne w naszym kraju są stosunkowo niewielkie: dostępność wody słodkiej na mieszkańca wynosi około 1600 metrów sześciennych, co plasuje nas na 24 miejscu w UE - za Czechami, Maltą i Cyprem. Oznacza to, że powinniśmy bacznie zwracać uwagę na gospodarkę wodną i oszczędzać jak tylko się da. Jak jednak wygląda zużycie wody w energetyce?

 Która technologia potrzebuje najwięcej wody?

Patrząc na ciągle najbardziej popularne paliwo energetyczne w Polsce - węgiel kamienny można stwierdzić, że najbardziej wodochłonne są technologie najbardziej ekologiczne, czyli wychwytujące dwutlenek węgla. Znacznie mniej wody pobierają technologie podkrytyczne i nadkrytyczne z chłodzeniem kominowym, ale nie wychwytujące CO2. Najbardziej oszczędną w wodę technologią jest blok gazowo-parowy ze zgazowaniem paliwa (IGCC). Jest to również dość ekologiczna metoda, ponieważ ma wysoką sprawność (powyżej 40%) i zmniejszone są emisje szkodliwych gazów. Jednak koszt ekonomiczny jest na tyle wysoki, że technologia IGCC nie jest jeszcze rozpowszechniona. Jeśli chodzi o technologię chłodzenia, to najbardziej oszczędny jest system jednociągowy, a jezioro chłodzące pobiera najwięcej wody. 

Elektrownie na gaz ziemny są znacznie bardziej oszczędne w wodę w porównaniu do elektrowni węglowych, oprócz technologii parowych. Wytwarzanie energii z reaktorów jądrowych również wymaga ogromnych ilości wody, generalnie wyższych niż w przypadku technologii węglowych. Jednak energetyka atomowa wykorzystuje wodę do różnych celów: woda służy do przenoszenia ciepła, ale nie jest zużywana w procesie. Zamiast tego jest schładzana, a następnie wraca do zakładu w celu ponownego użycia, co jest znacznie bardziej ekologiczne. 

Chłodzenie czy gotowanie?

Rzeki, do których odprowadzana jest woda chłodząca są przeciętnie 5-9°C cieplejsze od innych wód w rzekach, co może w lecie podgrzać wodę aż do temperatury nawet 35 stopni Celsjusza. Szczególnie ta sytuacja jest groźna przy niskim przepływie oraz suszy. Może to powodować rozregulowanie trybu życia wielu organizmów, a w zimie do ich nienaturalnego nagromadzenia się w cieplejszych strefach.

Przykładowo: za najcieplejsze jezioro w Polsce uważa się Jezioro Licheńskie, gdzie temperatura wzrasta aż do 33 stopni Celsjusza. Woda chłodząca elektrownię Pątnów trafia do Jeziora Licheńskiego, skąd przepływa do połączonego z nim Jeziora Pątnowskiego, skąd powraca do elektrowni. Wysoka temperatura sprzyja obecności rzadkich w Polsce gatunków ciepłolubnych oraz przyciąga wędkarzy i przyrodników. Jednocześnie występuje tam wiele gatunków inwazyjnych, które zagrażają innym organizmom. 

Nowy raport Fundacji Instrat  ujawnia, że przemysł energetyczny w Polsce zużywa rocznie aż 5,68 km³ wody — ponad osiem razy więcej niż objętość jeziora Śniardwy, przy czym zaledwie 4 % tej wody podlega ponownemu użyciu, a 96 % zostaje zużyte i odprowadzane. Cytowane w opracowaniu statystyki GUS pokazują, że 63% wody ze środowiska naturalnego pobiera w Polsce przemysł energetyczny, z czego za większość poboru odpowiada kilka elektrowni węglowych z otwartymi obiegami chłodzenia, które nie wykorzystują ponownie wody chłodzącej. 

Problemem jest również zanieczyszczenie ścieków, które mogą być zrzucane do rzek bez ograniczeń. Często stężenie substancji zanieczyszczających przelicza się w odniesieniu do stężenia rocznego, a nie godzinowego. Jednak te chwilowe zrzuty i wysokie stężenia powodują katastrofy ekologiczne. 

Największa mrzonka wodoru

Koszt wodny produkcji wodoru wynikajacy z obliczeń teoretycznych: do wytworzenia 1 kg wodoru potrzeba około 9 litrów wody destylowanej i 50 kWh energii. Łącznie potrzebne będzie o 10-20 litrów wody słodkiej więcej.

Jeśli do końca dekady produkcja ekologicznego,  zielonego wodoru osiągnie przewidywane 38 Mt, zużycie wody wyniesie 722–1 102 miliardów litrów – porównywalnie z rocznym zużyciem wody przez 21–33 miliony osób w kraju wysokorozwiniętym. Ta woda nie wraca bezpośrednio do rzek – dopiero po wykorzystaniu wodoru jako paliwa wraca do obiegu i to w postaci pary wodnej. 

Hydrolodzy alarmują, że zmiany klimatyczne już powodują niedobory wody. Instytut Rystad Energy zauważył, że ponad 70% planowanych projektów produkcji zielonego wodoru realizowane jest w regionach dotkniętych deficytem wody.

Najbardziej oczywistym rozwiązaniem jest odsalanie wody morskiej, co jednak znacząco podnosi koszty i generuje szkodliwe odpady solne.

Elektrolizery z membraną PEM mogą pracować na wodzie morskiej, ale wymagają wytrzymalszej, drogich powłok – np. tytan powlekany złotem lub platyną. Obecne koszty elektrolizerów PEM to 1,1–1,8 tys. USD/kW, ale IEA zakłada spadek do 0,3–0,5 tys. USD/kW do końca dekady. Wersje przystosowane do wody morskiej są znacznie droższe—nawet 2,2 tys. USD/kW.

Nadzieja z Hongkongu: Inżynierowie z Uniwersytetu w Hongkongu opracowali powłokę z dodaną warstwą manganu na bazie stali nierdzewnej, zapobiegającą korozji w środowisku chlorkowym. Ma być 40 razy tańsza od tytanu i realnie obniżyć koszty elektrolizerów PEM do poziomu tych działających na słodkiej wodzie.

Wyższe zużycie wody morskiej: Korzystanie z wody morskiej wymaga jej 20 razy więcej niż wody słodkiej, co może powodować jeszcze większe zakłócenia w środowisku naturalnym. Jednak jej ilość jest znacznie wieksza od wody słodkiej - stanowi 97% zasobów wodnych na ziemi.

Konieczne jest we współczesnej debacie na temat transformacji energetycznej poruszanie kwestii zużycia wody, która oprócz emisyjności powinna być równorzędnym priorytetem. 

Źródła:

https://www.cire.pl/artykuly/materialy-problemowe/151558-zuzycie-wody-w-produkcji-energii-elektrycznej

https://zielona.interia.pl/wiadomosci/polska/news-najcieplejsze-jezioro-w-polsce-woda-osiaga-az-33-stopnie-cel,nId,22164758

https://www.teraz-srodowisko.pl/aktualnosci/96-procent-wody-w-energetyce-nie-trafia-do-ponownego-uzytku-wnioski-Fundacji-Instrat-14349.html

https://www.miasto2077.pl/wodor-kontra-woda/