Ile kosztuje nieefektywność w sektorze wodnym?

Zdjęcie: nieefektywność

Gospodarka wodna potrzebuje energii, zaś energetyka wymaga dużych ilości wody. Nieefektywność w obu tych powiązanych ze sobą sektorach może obniżyć PKB w krajach rozwiniętych choćby o 8 proc., co wynika z najnowszego raportu Danfoss The potential of the water-energy nexus: Tapping into efficiency. Jak można zaradzić marnotrawstwu?

Woda i energia – niezwykle istotna współzależność

Połowę ludzkiego zapotrzebowania na wodę pokrywają dziś podziemne zasoby. Niestety, tempo ich wyczerpywania jest szybsze niż tempo odnowy, a zmiana klimatu dodatkowo utrudnia sytuację. Zdaniem ekspertów Danfoss sektor wodny jest poważnie niedoinwestowany, co prowadzi do ogromnego marnotrawstwa – tylko w Stanach Zjednoczonych nieszczelne wodociągi spowodowały w 2019 r. straty uzdatnionej wody na poziomie 7,6 mld dol. Do 2039 r. suma to może wzrosnąć do 16,7 mld dol.

Sektor wodny odpowiada za ok. 4 proc. światowego zużycia energii – większość pochodzi z paliw kopalnych. Energia potrzebna jest do wydobycia, uzdatniania i transportu wody, a stały wzrost demograficzny sprawia, iż zarówno zapotrzebowanie na prąd, jak i emisje nieustannie rosną. Szacuje się, iż do 2040 r. zużycie energii w sektorze wodnym wzrośnie ponad dwukrotnie.

Z drugiej strony, sektor energetyczny jest odpowiedzialny za ok. 14 proc. globalnego zużycia wody, a do 2040 r. może ono wzrosnąć o dalszych 60 proc. Woda wykorzystywana jest do schładzania elektrowni, zasilania hydroelektrowni, rafinacji paliw oraz irygacji pól, na których uprawiane są rośliny do produkcji biopaliw. W rezultacie w okresach suszy i fal upałów produkcja energii bywa poważnie zaburzona.

Nieefektywność w sektorze wodnym ciąży na całej gospodarce

Zaniedbania na osi woda-energia wiążą się z poważnym ryzykiem finansowym i utratą przewagi konkurencyjnej. Dotyczy to w szczególności sektorów silnie uzależnionych od podaży obu zasobów, np. przemysłu wytwórczego i wydobywczego. W miarę jak pogłębia się zmiana klimatu, ograniczenia w dostępie do czystej wody mogą – zdaniem autorów raportu – obniżyć PKB w krajach zamożnych o 8 proc. do 2050 r. W uboższych krajach kryzys wodny może w tym samym okresie spowodować utratę choćby 10-15 proc. PKB.

Aby nie dopuścić do najgorszego, przedsiębiorstwa, politycy i ustawodawcy powinni skupić się na trzech podstawowych typach działań:

• obniżaniu popytu na wodę;
• ograniczaniu strat;
• optymalizacji procesów w gospodarce wodnej.

Według autorów raportu priorytetem na dziś jest ograniczenie nieefektywności sektora wodnego w zakresie wykorzystania energii do pompowania, oczyszczania, ogrzewania i chłodzenia wody, przy jednoczesnym usprawnieniu kontroli nad wodociągami i ich monitoringu.

Woda i energia: nierozerwalna relacja versus zmiana klimatu

Energochłonne pozyskiwanie wody

Pompowanie wody gruntowej na potrzeby rolnictwa zużywa rocznie 469 TWh i odpowiada za emisję 192 mln ton CO₂. Tymczasem sama wymiana napędów pomp na efektywniejszy system o zmiennej prędkości (VSD) mogłaby zaoszczędzić od 20 do 50 proc. energii. Doświadczenia z Wielkiej Brytanii dowodzą, iż inwestycja w pompy przekłada się na zasadnicze zmniejszenie emisji w sektorze wodnym.

Tam, gdzie pobór wody nie może być przeprowadzony w sposób odpowiedzialny i oszczędny, warte rozważenia są nowoczesne technologie, takie jak odsalanie wody morskiej. Niestety, mimo udoskonaleń technicznych jest to przez cały czas metoda wysoce energochłonna, a Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA) przewiduje, iż związane z nią zapotrzebowanie na energię wzrośnie z 562 TWh w 2023 r. do 1,079 TWh w 2030 r.

Zakłady odsalania działające na bazie odwróconej osmozy (tzw. SWRO) wymagają pilnej modernizacji z ukierunkowaniem na systemy odzyskiwania energii i pompy wysokociśnieniowe. Ich wykorzystanie jest najważniejsze w regionach, gdzie regularnie pojawiają się nadwyżki energii odnawialnej wyprodukowanej na farmach wiatrowych lub solarnych. Warto dodać, iż eksperymentalny zakład odsalania DESALRO 2.0 na Wyspach Kanaryjskich osiągnął rekordową efektywność energetyczną na poziomie 1,86 kWh/m³ wody – gdyby wszystkie zakłady udało się zmodernizować tak, aby zużywały do 2 kWh/m³, globalne oszczędności byłyby kolosalne.

Ograniczyć skalę wycieków

Nieefektywność w sektorze wodnym jest wynikiem ogromnych strat w fazie dystrybucji – od 30 do 60 proc. oczyszczonej wody w poszczególnych krajach nie trafia do odbiorców i nie generuje zysków finansowych. Rocznie to choćby 126 mld m³ w skali globalnej.

Nieefektywność na tym etapie pomagają ograniczyć takie rozwiązanie technologiczne jak cyfrowe systemy wykrywania wycieków. W Chile dwa zakłady wodociągowe, które zainwestowały w internetowy monitoring sieci, zredukowały roczne straty wody o 13 mld m³, a w skali trzech lat oszczędziły tym sposobem 5,8 mln euro. To ważne, bo te środki można inwestować w jeszcze większą efektywność wodną i energetyczną.

Przestarzała, zdegradowana infrastruktura wymaga zastosowania większego ciśnienia w sieci, co wiąże się z dodatkowymi wydatkami energetycznymi. To kolejna sfera, która pilnie wymaga inwestycji, a dzięki której można odciążyć sprzężenie zwrotne między dostawami wody a produkcją energii.

Jak zmniejszyć zużycie wody?

Kolejny krok, który może oddalić współczesne społeczeństwa od kryzysu wodnego, to oczywiście zmniejszenie ilości pobieranej wody. Największy potencjał w tym zakresie ma rolnictwo, gdzie według danych WWF marnotrawione jest choćby 60 proc. wody. A ponieważ zapotrzebowanie na wodę do podlewania do połowy XXI w. ma wzrosnąć o 146 proc., likwidacja strat jest zadaniem najwyższej wagi. Jak je zrealizować?

Ogromne oszczędności można uzyskać, inwestując w nowoczesne systemy irygacyjne, które dostarczają wodę w sposób ściśle kontrolowany, czyli bezpośrednio do korzeni, a także ograniczając parowanie i odpływ powierzchniowy. Wymiana pomp z dominujących w tej chwili benzynowych na elektryczne pozwoli natomiast ograniczyć energetyczną nieefektywność podlewania upraw.

Autorzy raportu zwracają również uwagę na ogromne zużycie wody w przemyśle, w szczególności w procesie produkcji półprzewodników oraz w branży spożywczej. Jako pozytywny przykład zmian wskazują cztery fabryki napojów marki Carlsberg w Polsce, w których wdrożenie systemu Zero Water Waste pozwoliło ograniczyć zużycie wody o 17 proc. W rezultacie produkcja 1 l piwa wymaga 2,55 l wody, podczas gdy rynkowy standard wynosi aż 4-6 l.

Uzdatnianie i ponowne wykorzystanie, czyli koniec i początek cyklu

Raport Danfoss poświęca też sporo uwagi fazie uzdatniania i ponownego wykorzystania wody, kluczowej z punktu widzenia zrównoważonego rozwoju, w szczególności w dekarbonizacji gospodarki i wzmacnianiu odporności wodnej regionów.

Z badań wynika, iż oczyszczanie ścieków odpowiada za 30-40 proc. budżetu energetycznego w gminach, a same rachunki za prąd są drugim największym kosztem operacyjnym oczyszczalni (po kosztach personalnych). I w tym przypadku kluczem do wyeliminowania marnotrawstwa jest modernizacja i optymalizacja procesów technologicznych, ze szczególnym naciskiem na wykorzystanie inteligentnych czujników oraz wspomnianego już napędu VSD.

Autorzy raportu podkreślają też znaczenie ścieków jako potencjalnego źródła energii, którą można odzyskać, wykorzystując komory fermentacyjne. Osady ściekowe są w nich przekształcane w biogazy, przede wszystkim metan, i mogą służyć jako paliwo. Dodatkowo chłodzenie wody oczyszczonej dzięki pomp pozwala wygenerować ciepło, które można przekazać do lokalnych sieci ciepłowniczych.

Nieefektywność sektora wodnego wynika głównie z przestarzałych technologii i braku inwestycji. Eksperci Danfoss sugerują wyznaczenie ambitnych celów w zakresie ograniczenia poboru, wycieków i zużycia, a następnie wykorzystanie nowoczesnych narzędzi do ich realizacji. Straty wodne w bezpośredni sposób przekładają się na straty finansowe i energetyczne, a tylko kompleksowe podejście do wszystkich tych trzech aspektów może uchronić nas przed kryzysem gospodarczym.

W artykule korzystałam z:

The potential of the water-energy nexus: Tapping into efficiency, Danfoss Impact No. 7, 2025