Динара Даирова 
Бразильские ученые из Государственного университета Сеары провели масштабный анализ исследований и существующих проектов, посвященных производству зеленого водорода методом электролиза сточных вод. В условиях глобального энергоперехода и стремления к декарбонизации экономики водород рассматривается как ключевой элемент будущей энергетической матрицы. Однако традиционные методы его получения, такие как электролиз пресной воды, требуют значительных водных ресурсов — примерно девять килограммов воды на каждый килограмм произведенного топлива. Использование промышленных и бытовых стоков может стать решением проблемы конкуренции за питьевую воду и способствовать развитию циркулярной экономики.
Согласно данным Международного энергетического агентства, в настоящее время мировая энергетика на 85% зависит от ископаемых источников. Несмотря на активное развитие возобновляемых источников энергии, промышленный сектор потребляет огромные объемы водорода, преимущественно полученного из газа и угля, что приводит к значительным выбросам углекислого газа. Переход на технологии электролиза, питаемые солнечной или ветровой энергией, позволяет исключить углеродный след, но создает нагрузку на водные запасы. Исследователи отмечают, что интеграция процессов очистки стоков и производства водорода решает сразу две задачи: утилизацию отходов и генерацию чистого энергоносителя.
Библиометрический анализ, охвативший период с 1985 по 2023 год, показал устойчивый рост интереса к данной теме, особенно после 2007 года. Лидером по количеству научных публикаций является Китай, за которым следуют США и Южная Корея. В ходе исследования были выявлены не только лабораторные эксперименты, но и реально действующие пилотные и промышленные проекты в разных точках мира. Технологии варьируются от классического щелочного электролиза до использования протонообменных мембран и твердооксидных элементов, при этом наиболее распространенным источником энергии для таких систем выступают солнечные фотоэлектрические панели.
В Европе уже реализуется ряд значимых инициатив. В Великобритании компании Anglian Water и Logan Energy разрабатывают установку на очистных сооружениях в графстве Кембриджшир. В Испании проекты Zeppelin и Eclosion направлены на производство тысяч тонн водорода в год, а в Андалусии планируется создание крупного водородного кластера, использующего энергию местных солнечных и ветровых ферм. Германия инвестирует в проект на очистных сооружениях в Ганновере, где электролиз питается за счет биогаза, а полученный кислород и тепло используются для нужд самой станции. Аналогичные разработки ведутся в Северной Ирландии, где мембранный электролизер обеспечивает производство водорода и кислорода.
За пределами Европы масштабные проекты также набирают обороты. В США, в городе Мендота, штат Калифорния, развернута система мощностью 120 мегаватт, производящая 30 тонн водорода в сутки. В Колумбии компания Ecopetrol запустила пилотную установку в Картахене, использующую сточные воды нефтеперерабатывающего завода. В Бразилии реализуется проект HYDROS в штате Сеара, нацеленный на использование оборотной воды для снабжения водородного хаба в порту Песем. Исследователи подчеркивают, что подобные системы могут быть масштабированы от небольших лабораторных установок до промышленных гигантов мощностью в несколько гигаватт.
Особое внимание в обзоре уделяется побочным продуктам процесса — кислороду и теплу. Кислород, выделяемый при электролизе, может быть направлен обратно в аэротенки очистных сооружений для ускорения аэробной обработки отходов. Это позволяет снизить энергопотребление станций аэрации на величину до 40% и уменьшить объем необходимых резервуаров. Остаточное тепло также может быть утилизировано для повышения общей эффективности системы или для нужд централизованного теплоснабжения. Таким образом, водородные установки превращаются в многофункциональные комплексы, повышающие рентабельность переработки отходов.
Несмотря на очевидные преимущества, технология все еще находится на ранних стадиях внедрения и сталкивается с рядом вызовов. Основные препятствия связаны с необходимостью предварительной очистки стоков, чтобы примеси не повреждали чувствительные мембраны электролизеров, а также с высокой стоимостью оборудования. Кроме того, колебания состава сточных вод требуют разработки адаптивных систем управления. Авторы исследования заключают, что для успешного масштабирования технологии необходимы дальнейшие техно-экономические оценки и скоординированные усилия науки, бизнеса и государственных структур.