Vattentillgång avgörande för lyckad vätgassatsning i Europa

https://mb.cision.com/Public/5569/4308271/99362966d9813aef_800x800ar.jpg

Grön vätgas anses vara en viktig pusselbit i den globala klimatomställningen, särskilt som bränsle och energibärare för tunga transporter och industri. En storskalig grön vätgasproduktion kräver dock hållbara sätt att hantera vattenresurser, för att undvika vattenbrist och konflikter med jordbruket. Det visar en unik studie från Chalmers, som kopplar ihop lokal vattentillgång med scenarier för framtida europeiskt vätgasbehov.

Att ersätta fossila bränslen med vätgas i den tunga fordonssektorn och industrin skulle minska utsläppten av växthusgasen koldioxid kraftigt. Detta gäller särskilt om vätgasen är grön, det vill säga framställs genom så kallad elektrolys, då vatten delas upp i vätgas och syre med hjälp av förnybar el. En ny studie från Chalmers visar att planering för var vätgasen ska tillverkas, och användning av nya tekniska lösningar, är viktigt för att undvika att storskalig produktion av grön vätgas leder till lokal vattenbrist i delar av Europa.

I studien, som publicerats i Nature Sustainability, har forskarna genom en avancerad modell kunnat utforska olika scenarier för hur Europas vätgasproduktion kan påverka vattenresurser, elpriser och markanvändning år 2050 – ett år då många länder har kommit överens om att ha sänkt sina utsläpp, vilket skulle kunna innebära en utbredd användning av vätgasteknik

– 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.

Sörmland och Roslagen riskområden

Skulle vätgas användas brett inom industrin och transportsektorn kan vattentillgången påverkas kraftigt i flera regioner om man väljer att producera vätgasen lokalt, vilket å andra sidan är fördelaktigt av bland annat kostnadsskäl. För Sveriges del beräknas vattentillgången i exempelvis Sörmland och Roslagen vara hårt pressad även utan vätgasproduktion år 2050.   

– I Sörmland finns både stålverk och raffinanderi. Om de skulle ställa om till vätgas och använda lokalt vatten för att producera den skulle det kunna förvärra den projicerade vattenbristen. Även i Roslagen ser vi att det kan bli svårt att få fram lokalt vatten för tillverkning av grön vätgas, och i Bohuslän, Västra Götaland och delar av Norrland skulle storskalig vätgasproduktion kunna öka vattenanvändningen med mer än 50 procent. Trots att vattentillgången där anses vara god riskerar man att orsaka en påtaglig påverkan på naturmiljön.

I studien analyserades över 700 vattenupptagningsområden i Europa, och liknande mönster som i Sverige syns på flera håll. I södra och centrala Europa, där förutsättningarna för att generera el med sol- och vindkraft gör grön vätgasproduktion särskilt attraktiv, beräknas vattentillgången vara mycket begränsad år 2050, eftersom vattenresurserna redan idag är ansträngda och sårbara för klimatförändringar. Stora industriella kluster i exempelvis Spanien, Tyskland, Frankrike och Nederländerna kan därmed stå inför en förvärrad resurskonflikt med exempelvis jordbruk.

– 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.

Elpriserna påverkas mindre än väntat

Förutom vattenanvändningen har forskarna också studerat hur en storskalig vätgasekonomi skulle kunna påverka Europas elpriser. Genom att koppla vätgasmodellen till Chalmers energitekniks Multinode-modell  –  en modell utvecklad för att kostnadsoptimera Europas energisystem vid olika scenarier –  kunde de beräkna förändringar i elpriser mellan olika regioner.

Resultaten visar att elbehovet ökar markant i takt med mängden producerad vätgas, eftersom det går åt mycket el för att ersätta energin i fossila bränslen. Trots detta visar resultaten att de genomsnittliga elpriserna i Europa påverkas förhållandevis lite. I regioner med god tillgång till förnybara enerigkällor, som norra Europa, blir prispåverkan minst. I södra Europa, där vissa regioner är beroende av en större andel el från exempelvis gas eller kärnkraft, kan man se 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.

Stora mönster och lokala konsekvenser

Storskalig grön vätgasproduktion skulle kräva en kraftig utbyggnad av sol- och vindkraft. Men utbyggnaden skulle endast ta upp någon enstaka procent av den mark som idag används för jordbruk, enligt studien. Det är betydligt mindre än vad som skulle krävas för att ersätta samma energimängd med biodrivmedel.

Forskarna menar att resultaten tillsammans ger ett viktigt helhetsperspektiv på Europas energiomställning. Tidigare studier har ofta fokuserat på antingen lokala effekter eller övergripande systemnivåer, men sällan kombinerat båda.

– 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.

Detta är grön vätgas

Produceras genom så kallad elektrolys när vatten delas upp i väte och syre med hjälp av elektricitet. Elen som används måste komma från förnybara källor som sol, vind eller vattenkraft för att processen ska få kallas ”grön”,

Mer om forskningen:

Studien ”Resource requirements and consequences of large-scale hydrogen use in Europe” har publicerats i Nature Sustainability. Författare är Joel Löfving, Selma Brynolf, Maria Grahn, Simon Öberg och Maria Taljegard vid Chalmer tekniska högskola. Forskningen har skett inom ramen för kompetenccentrumet TechForH2 och avdelningen för transport, energi och miljö i samarbete med avdelningen för energiteknik.

För mer information, vänligen kontakta:

Joel Löfving, doktorand vid avdelningen för transport, energi och miljö, Chalmers tekniska högskola: 031 772 16 47, joel.lofving@chalmers.se

Maria Grahn, docent vid avdelningen för transport, energi och miljö, Chalmers tekniska högskola: 031 772 31 04, maria.grahn@chalmers.se

Bildtext till karta:
Karta över en simulerad risk för vattenstress år 2050 där vätgas används i transporter och industri. Grundläggande risk (oavsett vätgasanvändning) representeras av bakgrundsfärgen i varje område. Streckade områden visar vattenanvändning som överskrider tillgängliga resurser på grund av vätgasproduktion. Blå prickar visar områden där risken för vattenstress ökar med mer än 50 procent i simuleringen. Illustration: Chalmers tekniska högskola

Foto av floden Donau: Joachim Pressl via Unsplash 

Foto Joel Löfving: Chalmers tekniska högskola