Elektriciteitsgenererende zonnecellen op het dak besparen niet alleen op de planeetopwarmende koolstofemissies, ze besparen ook een aanzienlijke hoeveelheid water, zeggen een paar onderzoekers van de Duke University die de wiskunde hebben gedaan.

Een bepaald huishouden kan gemiddeld 16.200 gallons water per jaar besparen door zonne-energie op het dak te installeren, ontdekten ze. In sommige staten, zoals Californië, kan deze besparing oplopen tot 53.000 gallons, wat overeenkomt met 60% van het gemiddelde huishoudelijke waterverbruik in de VS.

U ziet de besparingen niet op uw waterrekening thuis, maar ze zijn nog steeds belangrijk.

Energiegebruik is namelijk sterk gebonden aan waterverbruik. De productie van elektrische energie in de VS verbruikt bijna net zoveel water als de landbouwsector. Maar dat cijfer omvat niet het extra water dat wordt gebruikt om in de eerste plaats fossiele brandstoffen te produceren, noch om steenkoolasafval te beheren.

"Om elektriciteit voor het net op te wekken, moeten we steenkool ontginnen en verbranden, aardgas fracken en pompen, en kerncentrales koelen, allemaal met grote hoeveelheden water die voortdurend verloren gaan", zegt Avner Vengosh, een vooraanstaand hoogleraar milieukwaliteit aan de Duke University. in de Nicholas School of the Environment en co-auteur van een nieuw artikel dat op 19 september verschijnt in Science of the Total Environment .

"Met de zonnecel is het echter een eenmalig verbruik van veel minder water voor productie", zei Vengosh. "En dan, als het eenmaal is geïnstalleerd, is er geen waterverbruik meer voor de komende 25 jaar van verwacht gebruik."

Momenteel wordt meer dan 70% van 's werelds zonnepanelen in China gemaakt, dus het waterverbruik om zonne-energie op te wekken vindt plaats in het buitenland.

Co-auteur Erika Weinthal, een professor in milieubeleid aan de Nicholas School, zei dat om de bredere watereffecten van de productie van zonnepanelen te begrijpen, het van vitaal belang is om naar de hele toeleveringsketen over de hele wereld te kijken.

"Vanuit het oogpunt van verontreiniging hebben zonnecellen een enorm potentieel voor milieuschade", zei Vengosh. "Het bevat zware metalen, waarvan sommige zeer giftig zijn, en daarom kunnen ze gevolgen hebben voor de directe omgeving waar de productie plaatsvindt."

Maar daarna is het waterverbruik van zonne-energie nul.

Eerdere studies hebben geprobeerd de hoeveelheid watergebruik voor verschillende stadia van energieproductie te evalueren, meestal uitgedrukt als het volume water voor de gegeven energie, zoals liter of gallon per gigajoule. In de nieuwe studie combineerden de auteurs energiebronnen die worden gebruikt om elektriciteit op te wekken voor de residentiële sector in de aangrenzende VS en vertaalden dat naar het volume van het waterverbruik in elke staat.

Na evaluatie van het watergebruik in de hele staat voor de residentiële sector, berekende de nieuwe studie het virtuele watergebruik van individuele huizen in 48 staten. Deze berekeningen schatten dat de totale hoeveelheid water die wordt verbruikt voor het voeden van de woonsector in de VS 2,6 biljoen gallon is.

Door om te schakelen naar zonne-energie in woningen wordt het gebruik van elektriciteit van het net verminderd en dus ook de hoeveelheid water. In sommige staten, zoals in het zuidwesten van de VS, kan de individuele waterbesparing voor huishoudens oplopen tot 1.000% bij het installeren van zonne-energie op het dak.

Deze berekeningen van het watergebruik zijn een vervolg op een recent boek dat Vengosh en Weinthal eerder dit jaar publiceerden over het snijpunt van energie en waterkwaliteit, dat een gedetailleerde basislijn biedt voor het waterverbruik van verschillende bronnen van fossiele brandstoffen.

Tijdens de pandemische sluiting hadden de auteurs besloten om zonnepanelen toe te voegen aan het huis dat ze delen. Terwijl in het begin de belangrijkste motivatie was om CO2-uitstoot te besparen, realiseerden ze zich na een tijdje dat het ook water kan besparen.

"Dus dit artikel is echt een product van het willen decarboniseren van ons eigen persoonlijke leven," zei Weinthal. "Ik geef les over mondiale milieupolitiek, en ik geef les over het akkoord van Parijs, en ik probeer de studenten altijd te laten verbinden wat er op interstatelijk niveau gebeurt met wat we kunnen doen met onze eigen vormen van agentschap."

Tegenwoordig zijn fotovoltaïsche zonnecellen goed voor ongeveer 1,5% van de elektriciteitsvoorziening van het land. Dat komt neer op een besparing van 99 miljard gallons water per jaar, schatten de auteurs, wat overeenkomt met ongeveer vier dagen van het totale waterverbruik in Californië. Maar naarmate het zonnepercentage groeit, groeit ook de besparing.

Hun paper vergelijkt ook het waterverbruik voor energie per staat, aangezien elke staat verschillende energiebronnen gebruikt voor elektriciteitsopwekking en verschillende gebruikspatronen en aantal huizen heeft.

De staten in New England laten bijvoorbeeld enorme winsten zien voor het omzetten naar zonne-energie, omdat ze niet veel elektriciteit gebruiken voor airconditioning en ze de neiging hebben hun huizen te verwarmen met olie, niet met elektriciteit, zei Vengosh. Arizona en Californië, staten met watertekorten en veel zonnige dagen, zouden ook grote winnaars zijn.

In hun boek lieten Weinthal en Vengosh zien dat watergebruik slechts een deel van de puzzel is. Verontreiniging van waterbronnen door steenkoolwinning, fracking en verwijdering van steenkoolas verminderen de beschikbaarheid van water verder, en daarom is de watervoetafdruk van de winning van fossiele brandstoffen veel groter dan we denken.

"We hebben ook geprobeerd de effecten op de waterkwaliteit te kwantificeren, zoals hoeveel water wordt verontreinigd door een gebeurtenis zoals olieramp of chronische afvoer van kolenas naar de waterbronnen," zei Vengosh. "Dus als je de omvang van de olieramp kent, kun je die vertalen naar de hoeveelheid water die verontreinigd is en verloren gaat."

Wat belangrijk is, is om de totale kosten van elke technologie te beoordelen, zei Weinthal. "We moeten evolueren naar hernieuwbare energiebronnen, zonne- en windenergie, maar daarbij moeten we erkennen dat voor elke vorm van energie-infrastructuur, zelfs als het hernieuwbare energiebronnen is, er kosten kunnen zijn als het om water gaat. denk na over de watervoetafdruk voor elke vorm van energieproductie," zei ze.

De onderzoekers hebben hun aandacht al gericht op het watergebruik en de milieueffecten van lithiumwinning, een metaal dat essentieel is voor batterijen van de volgende generatie. + Verder verkennen

Het vervangen van kolen door gas of hernieuwbare energie bespaart miljarden liters water