Возможности эффективного использования водных ресурсов и водородного рынка в Казахстане

Казахстан является одной из стран мира, наиболее пострадавших от изменения климата и нехватки воды. Последствиями стало изменение режима осадков, более частые экстремальные температуры и увеличение засушливости. Водную безопасность большинство стран мира связывают с важностью научных инвестиций, форсайт-исследований в программы адаптации к глобальному изменению климата, антропогенных чрезвычайных событий, увеличением частоты и продолжительности наводнений, засух и пожаров, с ростом населения, интенсивности сельского хозяйства, индустриализации, приводящей к снижению уровня грунтовых вод. Влажность почвы на уровне корней снижается, усиливая процессы опустынивания и засоления почв. В связи с этим стратегией многих стран становится увеличение инвестиций в программы научных исследований воды-почвы, прямая кооперация с совместными научно-практическими исследованиями агентств чрезвычайной безопасности и сельского хозяйства, широкое вовлечение населения в совместные программы с учеными-исследователями. В представленном обзоре проанализированы и предложены варианты усиления устойчивого развития Казахстана с более эффективным использованием водных ресурсов и развитием внутреннего водородного рынка. В Казахстане рассматриваются варианты регионов производства водорода, в том числе на Западе Казахстане, Мангистауской области, с использованием воды Каспийского озера. Альтернативный вариант, обсуждаемый в данном обзоре, связан с созданием мощностей по производству водорода в Северном Казахстане, где будет использоваться часть воды от 16,5 куб. км воды, ежегодно уходящей в Северный Ледовитый океан из Казахстана через Россию. Кроме того, в Северном Казахстане имеются мощности по производству электроэнергии, уголь. В кооперации с Россией может быть использован природный газ, а также водные ресурсы России, в том числе из Северного Ледовитого океана. Изменение климата, повышение температуры ведет к повышению уровня океанов – прибережные зоны океанов, острова будут уходить под воду. Стимулирование развития технологий по использованию вод из сточных рек, впадающих в океаны, становится актуальным во многих странах мира.

1. . UNECE, GIZ Germany, 2023, Зеленая Центральная Азия: усиление регионального диалога по климату, окружающей среде и безопасности, https://unece.org/sites/default/files/2023-06/6_1_Milow_RUS.pdf

2. . Проект Тысячелетия, 2023. Глобальная задача 2. Как обеспечить каждому достаточное количество чистой воды без конфликтов? https://www.millennium-project.org/challenge-2/

3. . Hassani, A., Azapagic, A. & Shokri, N. Global predictions of primary soil salinization under changing climate in the 21st century. Nature Communication 12, 6663 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-26907-3

4. . Глобальный Институт Водной Безопасности, Саскатчеванский Бассейн, КанадаСША, https://water.usask.ca/about/index.php#top, https://www.cerc.gc.ca/news_room-salle_de_presse/spotlight-pleins_feux/wheater_saskatchewan-eng.aspx, https://www.redriverbasincommission.org/

5. . Единая геоинформационная база данных моделирования чрезвычайных ситуаций США-Канады FEMA HAZUS https://www.fema.gov/floodmaps/products-tools/hazus, https://www.usehazus.com/canadianhug/

6. . US FEMA, 2023, expenses estimations, https://www.smartcitiesdive.com/news/fema-climate-billiondollar-weather-disaster-resilience/685250/

7. . Накопление дренажных паводковых вод по технологиям искусственного восполнения подземных вод Канады-США, Flood-MAR, https://floodmar.org/, https://inowas.webspace.tu-dresden.de/, https://teresa.webspace.tu-dresden.de/

8. . США, стимулирование населения, фермеров использовать больше технологии FloodMAR с финансированием грантами и льготными кредитами, https://water.ca.gov/Work-With-Us/GrantsAnd-Loans

9. . Perrone, 2016, Benefits and Economic Costs of Managed Aquifer Recharge in California, https://escholarship.org/uc/item/7sb7440w

10. . Ross, A. Benefits and Costs of Managed Aquifer Recharge: Further Evidence. Water 2022, 14, 3257. https://doi.org/10.3390/w14203257

11. . Richard G. Niswonger, Eric D. Morway, Enrique Triana, Justin L. Huntington, 2017, Managed aquifer recharge through off-season irrigation in agricultural regions, Water Resources Research Volume 53, Issue 8 p. 6970-6992

12. . База данных моделирования программы Министерств С/Х Канады-США SWAT мониторинга состояния почв и водных ресурсов с моделированием качества и количества поверхностных и грунтовых вод и прогнозирования воздействия на окружающую среду землепользования, с методами управления земельными ресурсами и изменением климата, https://data.nal.usda.gov/dataset/swat-soil-and-waterassessment-tool, https://www.weg.uoguelph.ca/wegmodel-development/

13. . Garcia, X. (2023). Using the Soil and Water Assessment Tool (SWAT) to quantify the economic value of ecosystem services. – River, 2, 173-185. https://doi.org/10.1002/rvr2.47GARCIA|185

14. . Xia Vivian Zhou, Christopher D. Clark, Sujithkumar Surendran Nair, Shawn A. Hawkins, Dayton M. Lambert, Environmental and economic analysis of using SWAT to simulate the effects of switchgrass production on water quality in an impaired watershed, Agricultural Water Management, Volume 160, 2015, ISSN 0378-3774, https://doi.org/10.1016/j.agwat.2015.06.018

15. . Программы Канады-США Министерств СХ по научным программам повышения лесистости, обязанности землепользователей обеспечению посадок и содержанию леса вдоль всех водоемов на глубину ширины водоема, мест накопления снегопаводков https://www1.agric.gov.ab.ca/$Department/deptdocs.nsf/all/epw10940/$FILE/Shelterbelts_Design_and_Guidelines.pdf

16. . Agroforestry economic benefits, https://regenfarmer.com/economic-benefits-ofagroforestry/#:~:text=Research%20show%20that%20over%20a,type%20of%20agroforestry%20system%20 implemented.

17. . Agroforestry design software, https://regenfarmer.com/agroforestry-planning-software/

18. . Водородный проект Казахстана, 2023, https://hyrasia.energy/, https://invest.gov.kz/ru/mediacenter/press-releases/kazakhstan-obespechit-evrosoyuzzelenym-vodorodom/, https://eenergy.media/news/27563, https://tengrinews.kz/kazakhstan_news/opresnitelnyiyzavod-zelenyiy-vodorod-tokaev-obsudil-516115/

19. . Derwent Innovations Index on Web of Science, 2023, https://clarivate.com/products/scientific-andacademic-research/research-discovery-and-workflowsolutions/webofscience-platform/derwent-innovationsindex-on-web-of-science/

20. . International Patent Classification (IPC), 2023, https://www.wipo.int/classifications/ipc/en/

21. . Ishaq H., Dincer I., Crawford C. A review on hydrogen production and utilization: challenges and opportunities. Int. J Hydrogen Energy, 2022;47(62):26238e64

22. . Kaiwen L., Bin Y., Tao Z. Economic analysis of hydrogen production from steam reforming process: a literature review. Energy Sources B Energy Econ Plann 2018; 13(2):109e15.

23. . Hohn K. L., Lin Y. C. Catalytic partial oxidation of methanol and ethanol for hydrogen generation. ChemSusChem: Chemistry & Sustainability Energy & Materials 2009; 2(10):927e40.

24. . Rabenstein G., Hacker V. Hydrogen for fuel cells from ethanol by steam-reforming, partial-oxidation and combined auto-thermal reforming: a thermodynamic analysis. J Power Sources, 2008; 185(2):1293e304.

25. . Rafelt J. S., Clark J. H. Recent advances in the partial oxidation of organic molecules using heterogeneous catalysis. – Catal Today, 2000; 57(1e2):33e44.

26. . Vousoughi P., Eyvazi M. Hydrogen production: overview of technology options and membrane in autothermal reforming including partial oxidation and steam reforming. Int. J. of Membrane Science and Technology, 2015; 2(1):56e67.

27. . Shaofeng G., Zexue D., Xuhong M. Research progress of ammonia decomposition catalysts for hydrogen generation. – Acta Pet Sin, 2022; 38(6):1506.

28. . Afif A. et al. Ammonia-fed fuel cells: a comprehensive review. Renew Sustain Energy Rev, 2016; 60:822e35.

29. . Wijayanta A. T. et al. Liquid hydrogen, methylcyclohexane, and ammonia as potential hydrogen storage: comparison review. Int. J Hydrogen Energy, 2019; 44(29):15026e44.

30. . Keipi T., Tolvanen H., Konttinen J. Economic analysis of hydrogen production by methane thermal decomposition: comparison to competing technologies. Energy Conversion and Management, 2018; 159:264e73.

31. . Ursu´ a A. et al. Integration of commercial alkaline water electrolysis with renewable energies: limitations and improvements. Int. J Hydrogen Energy, 2016; 41(30):12852e61

32. . Rashid M. et al. Hydrogen production by water electrolysis: a review of alkaline water electrolysis, PEM water electrolysis and high temperature water electrolysis. Int. J Eng Adv Technol, 2015; 4(3):80e93.

33. . Dulta K. et al. Biohydrogen production and its bioeconomic impact: a review. Waste Disposal & Sustainable Energy, 2022; 4(3):219e30.

34. . Rathi, B., Kumar, P., Rangasamy, G., Rajendran, S. A critical review on Biohydrogen generation from biomass, International Journal of Hydrogen Energy, Volume 52, Part C, 2024, Pages 115-138, ISSN 0360-3199, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.10.182

35. . Ananthi, V., Ramesh, U., Balaji, P., Kumar, P., Govarthanan, M., Arun, A. A review on the impact of various factors on biohydrogen production, International Journal of Hydrogen Energy, Volume 52, Part C, 2024, Pages 33-45, ISSN 0360-3199, https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2022.08.046.

36. . Tao J. et al. Technologies integration towards bio-fuels production: a state-of-the-art review. Applications in Energy and Combustion Science 2022:100070.

37. . Song H. et al. Recent development of biomass gasification for H2 rich gas production. Applications in Energy and Combustion Science, 2022; 10:100059.

38. . Garcia G. et al. A comprehensive review of hydrogen production from methanol thermochemical conversion for sustainability. Energy 2021; 217:119384

39. . Wang S., Faravelli T., Yang H. Special issue of thermo- chemical conversion of biomass. Applications in Energy and Combustion Science, 2022; 11:1e3.

40. . Liu L. et al. Reforming of tar from biomass gasification in a hybrid catalysis-plasma system: a review. Appl Catal B Environ, 2019; 250:250e72.

41. . Budhraja N., Pal A., Mishra R. Plasma reforming for hydrogen production: pathways, reactors and storage. Int. J Hydrogen Energy, 2023; 48(7):2467e82.

42. . Shi C. et al. A review of different catalytic systems for dry reforming of methane: conventional catalysis-alone and plasma-catalytic system. J CO2 Util, 2021; 46:101462

43. . Fan L., Tu Z., Chan SH. Recent development of hydrogen and fuel cell technologies: a review. Energy Rep, 2021; 7:8421e46.

44. . Президент Байден подписал законпрограмму «Региональные центры чистого водорода» (H2Hubs) до десяти проектов водородных хабов имеют право на федеральное финансирование на сумму до 1,25 миллиарда долларов каждый, https://www.whitecase.com/insight-alert/hydrogen-hubprojects-awarded-7-billion-us-department-energy

45. . China’s Hydrogen Strategy – Present & Future State. – URL: https://www.asiaperspective.com/chinahydrogen-energy/

46. . R. R. Esily, Y. Chi, D. M. Ibrahiem, Y. Chen Hydrogen strategy in decarbonization era: Egypt as a case study Int. J. Hydrogen Energy (2022)

47. . W. Cheng, S. Lee How green are the national hydrogen strategies? Sustainability, 14 (3) (2022), p. 1930

48. . H. Aly Royal dream: city branding and Saudi Arabia’s NEOM Middle East-Topics & Arguments, 12 (2019), pp. 99-109

49. . Кирюшин В. И. Начало освоения целинных земель, Уроки Целины, 2015, https://histrf.ru/read/articles/nachalo-osvoieniia-tsielinnykh-ziemiel-event [50]. Межгосударственная комиссия по устойчивому развитию. Деградация земель, 2001, http://www.mkurca.org/temy/degradaciya_zemel/

50. . Bettayeb K., 2023. A gigantic hydrogen deposit in northeast France? accessed on 12 January 2024. https://news.cnrs.fr/articles/a-gigantic-hydrogen-depositin-northeast-france

51. . Erussard V., 2023. Energy Observer. What potential for natural hydrogen? accessed on 15 January 2024. https://news.cnrs.fr/articles/a-gigantic-hydrogendeposit-in-northeast-france

52. . Hand. E., 2023. Hidden Hydrogen: Does Earth hold vast stores of a renewable, carbon-free fuel? accessed on 16 January 2024. https://www.science.org/content/article/hidden-hydrogen-earth-may-hold-vaststores-renewable-carbon-free-fuel, doi: 10.1126/science. adh1460