استهلاك المياه في إنتاج الهيدروجين يتجاوز 1.5 مليار متر مكعب (تقرير)

تختلف تقديرات استهلاك المياه في إنتاج الهيدروجين على حسب طريقة الإنتاج، وما إذا كانت تعتمد على حرق الوقود الأحفوري أو التحليل الكهربائي للمياه.

وقدّر تقرير حديث -حصلت وحدة أبحاث الطاقة (مقرّها واشنطن) على نسخة منه- حجم استهلاك المياه في عمليات إنتاج الهيدروجين العالمية الحالية بما يقرب من 1.5 مليار متر مكعب سنويًا.

ويمثّل استهلاك المياه في إنتاج الهيدروجين قرابة 5% من إجمالي الاستهلاك العالمي لها في قطاع الطاقة، إذ تستعمل المياه عادة في تبريد محطات الكهرباء المعتمدة على حرق الغاز أو الفحم.

وتزايد الاهتمام بمسائل استهلاك المياه في قطاع الهيدروجين خلال السنوات الأخيرة، بالتزامن مع زخم الحديث عن ضرورة التحول إلى الهيدروجين الأخضر المشتق من المياه العذبة عبر عمليات التحليل الكهربائي.

وأسهمت مخاوف البلدان والمجتمعات المحلية التي تعاني نقص المياه في لفت انتباه المنظمات الدولية المعنية بالطاقة إلى ضرورة وضع هذه المسألة ضمن جدول أعمالها في قطاع الهيدروجين.

حجم استهلاك المياه في إنتاج الهيدروجين

يتشكّل استهلاك المياه في إنتاج الهيدروجين على حسب طريقة الإنتاج، إذ تُستعمل في تبريد التوربينات في حال الإنتاج المعتمد على حرق الوقود الأحفوري، وهي الطريقة السائدة حاليًا في العالم.

وتستعمل المياه في صورة مادة خام وعنصر للتبريد عند استخلاص الهيدروجين من الماء العذب عبر المحللات الكهربائية، ويُطلق عليه في هذه الحالة الهيدروجين الأخضر، تمييزًا له عن الأنواع الأخرى المعتمدة على حرق الغاز أو الفحم.

وتتطلّب عمليات التحليل الكهربائي 10 لترات من المياه الخام لكل كيلوغرام منتج من الهيدروجين، في حين تحتاج من 30 إلى 70 لترًا بوصفها مادة خامًا، وتبريد لكل كيلوغرام على حسب تقنية المحلل الكهربائي والظروف المناخية المحلية.

على الجانب الآخر، يتطلب إنتاج الهيدروجين عبر طريقة إصلاح غاز الميثان بالبخار ما يتراوح من 16 إلى 40 لترًا لكل كيلوغرام، بحسب تقديرات وكالة الطاقة الدولية.

وتستحوذ أعمال التبريد على أغلب الكميات المستهلكة في هذا النمط الإنتاجي، إذ لا يمثّل استعمالها مادة خامًا في عمليات إصلاح الميثان بالبخار سوى 5 لترات لكل كيلوغرام.

وتتزايد متطلبات المياه في الإنتاج القائم على حرق الوقود الأحفوري في حال دمج مرافق تقينات التقاط الكربون وتخزينه، وقد تصبح أعلى من الكميات المطلوبة في التحليل الكهربائي.

وعلى المدى الطويل، يقدّر معهد روكي ماونتن الأميركي (Rocky Mountain Institute) حجم المياه اللازمة لإنتاج 660 مليون طن من الهيدروجين المقدرة للطلب بحلول عام 2050 بنحو 13.2 مليار متر مكعب، أو ما يعادل 0.33% من إجمالي كميات المياه العذبة المتوفرة في العالم حاليًا.

ويحتسب استهلاك المياه في إنتاج الهيدروجين عبر حساب كمية المياه المسحوبة من المصدر المائي المغذّي للمشروع، وطرحها من كميات المياه المصرفة بعد الاستعمال التي يمكن إعادة الاستفادة منها في أغراض أخرى.

ويمثّل استهلاك المياه في هذه الحالة الجزء الذي لا تتم إعادته في هذه المعادلة، أي الجزء الذي تم امتصاصه أو تبخره أو دمجه في المنتجات أو العمليات، إذ لم يعد متاحًا لإعادة استعماله مرة أخرى في صورة مياه، بحسب تفاصيل فنية رصدتها وحدة أبحاث الطاقة (مقرّها واشنطن).

مشروعات تحلية مياه البحر

يمكن لمشروعات تحليلة مياه البحر أن توفر المياه لإنتاج الهيدروجين الأخضر بدلًا من استعمال مصادر المياه العذبة الجوفية أو السطحية، كما يمكن معالجة مياه الصرف الصحي وإعادة استعمالها في هذا السياق، بحسب وكالة الطاقة الدولية.

وتبلغ القدرة العالمية المركبة لمحطات تحلية المياه في العالم -حاليًا- قرابة 145 مليون متر مكعب يوميًا، أي ما يقرب من ضعف مستويات عام 2010.

وتعمل محطات التحلية في 45 دولة حول العالم، بقيادة 5 دول، تشكل أكثر من نصف القدرة العالمية المركبة في هذا المجال وهي: الصين والسعودية وإسبانيا والإمارات والولايات المتحدة.

ويمكن لتحلية مياه البحر أن تسد فجوة استهلاك المياه في إنتاج الهيدروجين مستقبلًا، لكنها ستحتاج إلى استثمارات ضخمة، خاصة أن عمليات التحلية كثيفة استهلاك الكهرباء بطبيعتها.

ورغم ذلك، فلا مفر من اللجوء إلى هذا المصدر لتعزيز إنتاج الهيدروجين الأخضر خاصة في المناطق التي تتمتع بوفرة الموارد المتجددة وندرة أو نقص موارد المياه.

وتشير بيانات وكالة الطاقة الدولية إلى أن 40% من مشروعات إنتاج الهيدروجين الأخضر بحلول عام 2030، تقع في مناطق تعاني من نقص المياه، ما قد يعرضها لمخاطر الاضطرابات أو الإلغاءات.

الدول المعتمدة على تحلية المياه

يسعى المطورون في مناطق مختلفة لتحلية مياه البحر على نطاق واسع أو استعمال مياه الصرف الصحي المعالجة لضمان إمدادات مياه كافية ومستدامة لمشروعاتهم.

على سبيل المثال، يخطط مشروع نيوم في السعودية لتلبية احتياجاته من المياه من خلال محطة تحلية بحرية تعمل بالكامل بالطاقة المتجددة، بقدرة إنتاجية تصل إلى 500 ألف متر مكعب من المياه المحلاة يوميًا.

وستلبي هذه المحطة 30% من إجمالي الطلب المتوقع على المياه في مشروع نيوم، بما في ذلك جميع احتياجات المياه لإنتاج الهيدروجين الأخضر.

وبالمثل في جنوب أستراليا، وُقّعت اتفاقيات تطوير مع 5 شركات لإنتاج الهيدروجين الأخضر باستعمال محطة تحلية كبيرة بسعة 260 ألف متر مكعب يوميًا في شبه جزيرة آير.

بالإضافة إلى ذلك هناك مشروعات أخرى لإنتاج الهيدروجين تحت الإنشاء في مصر وتونس والمغرب وعمان والإمارات وموريتانيا وناميبيا وبيرو والبرازيل، كلها ستعتمد على محطات تحلية لمياه البحر.

وتمثّل تكاليف تحلية المياه قرابة 2% من إجمالي نفقات مشروعات الهيدروجين، إذ تتطلب تحلية المياه بالتناضح العكسي كميات من الكهرباء تتراوح من 3 إلى 6 كيلوواط/ساعة لكل متر مكعب من المياه، ما يمثّل 0.05 دولارًا لكل كيلوغرام من الهيدروجين.

موضوعات متعلقة..

اقرأ أيضًا..

المصادر..

1. بيانات استهلاك المياه في إنتاج الهيدروجين من وكالة الطاقة الدولية.
2. تقديرات استهلاك المياه في إنتاج الهيدروجين بحلول 2050 من معهد روكي ماونتن الأميركي.