Storskalig produktion av grön vätgas kan skapa betydande lokal vattenstress i Europa om inte vattenfrågan hanteras strategiskt, visar en ny studie från Chalmers tekniska högskola. Forskarna har med hjälp av en avancerad modell kopplat samman lokal vattentillgång med scenarier för Europas framtida vätgasbehov, enligt Chalmers.
Grön vätgas lyfts ofta fram som en central del av klimatomställningen, särskilt för tunga transporter och industri. När fossila bränslen ersätts med vätgas minskar utsläppen av koldioxid kraftigt, särskilt om vätgasen framställs genom elektrolys där vatten delas upp i vätgas och syre med hjälp av förnybar el. Studien, som publicerats i tidskriften Nature Sustainability, visar dock att var vätgasen produceras får stor betydelse för vattenresurser, elpriser och markanvändning år 2050.
Forskarna har analyserat över 700 vattenupptagningsområden i Europa och kopplat dem till olika scenarier för omfattande användning av vätgas i transporter och industri. Resultaten visar att även om vätgasproduktion totalt sett kräver mindre vatten än exempelvis jordbruk, kan de lokala effekterna bli stora där vattenresurserna redan är ansträngda.
– Vatten är en resurs som ofta tas för given i energiomställningen. Vår studie är unik i sitt slag eftersom vi kopplar ihop det lokala perspektivet med det europeiska. Vi kan visa att även om vätgasproduktionen totalt sett kräver lite vatten jämfört med exempelvis jordbruk, kan de lokala effekterna bli betydande eftersom närhet till industrier eller möjlighet att tillverka förnybar el innebär att man vill producera vätgas i områden med stressade vattenresurser. Slutsatsen är inte att vätgas ska undvikas, utan att vi måste förstå och samarbeta på många plan mellan myndigheter, industri och lokalsamhälle, för att planera för effekter i omställningen, säger Joel Löfving, doktorand på avdelningen för transport, energi och miljö vid Chalmers.
Svenska riskområden och europeiska konfliktytor
I scenarier där vätgas används brett inom industrin och transportsektorn kan vattentillgången påverkas kraftigt i flera regioner om vätgasen produceras lokalt, vilket annars är fördelaktigt av kostnadsskäl. För Sveriges del bedöms vattentillgången i bland annat Sörmland och Roslagen vara hårt pressad redan år 2050, även utan vätgasproduktion.
Forskarna pekar på att vätgasproduktion till exempel vid stålverk och raffinaderier i Sörmland, baserad på lokalt vatten, skulle kunna förvärra den beräknade vattenbristen. Även i Roslagen kan det bli svårt att säkra lokal vattenförsörjning för grön vätgas. I Bohuslän, Västra Götaland och delar av Norrland kan storskalig vätgasproduktion öka vattenanvändningen med mer än 50 procent. Där anses vattentillgången i dag vara god, men en sådan ökning riskerar enligt studien att påverka naturmiljön tydligt.
Liknande mönster syns i södra och centrala Europa. Där gör goda förutsättningar för sol- och vindkraft grön vätgas särskilt attraktiv, samtidigt som vattenresurserna redan är hårt belastade och känsliga för klimatförändringar. I stora industriella kluster i exempelvis Spanien, Tyskland, Frankrike och Nederländerna kan vätgassatsningar därför leda till förvärrade konflikter om vatten mellan industri, jordbruk och andra användare.
Som möjliga lösningar lyfter forskarna fram havsvattenavsaltning och ökad återanvändning av vatten från reningsverk. De pekar även på möjliga synergieffekter, där det syre som blir över vid vätgastillverkning kan användas i processer för rening av avloppsvatten.
– Det finns många potentiella konflikter kring vatten som resurs, men också många lösningar, som till exempel havsvattenavsaltning eller återanvändning av vatten från reningsverk. Där finns också intressanta synergieffekter, eftersom syret som blir över vid vätgastillverkningen skulle kunna användas i de processer som renar avloppsvatten. Vätgas har stor potential för att bidra till klimatomställningen, men vi behöver hitta hållbara sätt att hantera vattenresurser, både för produktion av drivmedel och för jordbruk, säger Joel Löfving.
Begränsad effekt på elpris men krav på planering
I studien har forskarna också undersökt hur en omfattande vätgasekonomi kan påverka Europas elpriser. Genom att koppla vätgasmodellen till Chalmers energitekniks modell Multinode, som används för att kostnadsoptimera Europas energisystem, har de beräknat förändringar i elpriser mellan olika regioner.
Resultaten visar att elbehovet ökar tydligt i takt med att mer vätgas produceras, eftersom stora mängder el krävs för att ersätta energin i fossila bränslen. Trots detta pekar beräkningarna på att de genomsnittliga elpriserna i Europa påverkas relativt lite. I norra Europa, där tillgången till förnybara energikällor är god, är prispåverkan som minst, medan vissa regioner i södra Europa, med större andel el från till exempel gas eller kärnkraft, kan få större prisökningar.
– Elpriser är en känslig fråga, men våra beräkningar visar att ökade investeringar i el till vätgasproduktion inte nödvändigtvis leder till höga priser för konsumenterna. Det är ett viktigt budskap till beslutsfattare – för att klara energiomställningen behövs alla fossilfria energislag och vi måste våga investera i ny, grön elproduktion, säger Joel Löfving.
Studien visar vidare att den mark som krävs för utbyggnad av sol- och vindkraft till storskalig vätgasproduktion endast motsvarar någon enstaka procent av dagens jordbruksmark. Det är betydligt mindre än vad som skulle krävas för att ersätta samma energimängd med biodrivmedel.
Forskarna betonar att kombinationen av lokala analyser och övergripande systemperspektiv är central för att förstå risker och möjligheter i energiomställningen.
– Det var just den kopplingen vi ville göra. För att kunna bygga framtidens energisystem behöver vi förstå både de stora mönstren och de lokala konsekvenserna. Genom att räkna på risker kan vi hantera dem, och på så vis skapa trygghet för investeringar i grön teknik, säger Joel Löfving.
Studien ”Resource requirements and consequences of large-scale hydrogen use in Europe” är genomförd vid Chalmers tekniska högskola inom kompetenscentrumet TechForH2 och avdelningen för transport, energi och miljö i samarbete med avdelningen för energiteknik.
