Assessment of the Impacts of Green Hydrogen Implementation on Water Resources Allocation in Oman

The global energy transition is crucial for achieving decarbonization and addressing climate change. Green hydrogen, produced through electrolysis powered by renewable energy, offers a sustainable alternative to fossil fuels, with the potential to reduce carbon emissions across industries such as transportation, energy storage, and heavy manufacturing. This transition is particularly important for countries looking to diversify their fossil fuel-dependent economies. However, green hydrogen production is water-intensive, which poses challenges in regions facing water scarcity. Oman serves as an ideal case study for evaluating the impacts of green hydrogen on water resource allocation due to three key factors. First, Oman’s economy is heavily reliant on fossil fuels, and the development of green hydrogen aligns with the country’s goals for economic diversification and sustainability. Second, Oman is making significant investments in large-scale hydrogen production facilities, capitalizing on its abundant solar and wind resources to power electrolysis, positioning the country as a potential leader in the global hydrogen economy. Third, Oman faces chronic water scarcity, relying primarily on desalinated water and limited groundwater reserves. The introduction of water-intensive hydrogen production raises important concerns about balancing the country’s water needs across sectors, including agriculture, industry, and municipal supply. After an in-depth investigation on local water availability and use, this research develops an optimization model to address these imbalances, providing resource allocation solutions across sectors and water sources. The model allocates water from internal renewable resources, desalinated water, and treated municipal wastewater to agriculture, industry, municipal use, and hydrogen production. The goal is to maximize profit while adhering to constraints such as water availability, sectoral demand, sustainability thresholds, and environmental costs. The results show significant increases in profit due to hydrogen implementation, but also significant allocation shifts, with potential risks for water security. The study’s findings emphasize the importance of integrated water resource management (IWRM) strategies and of reliable accounting of environmental impacts in decision-making processes.. Policy recommendations can be drawn to support sustainable water use in Oman’s green hydrogen transition, aiming at both economic growth and environmental resilience.

La transizione energetica globale è cruciale per raggiungere la decarbonizzazione e affrontare il cambiamento climatico. L'idrogeno verde, prodotto tramite elettrolisi alimentata da energie rinnovabili, offre un'alternativa sostenibile ai combustibili fossili, con il potenziale di ridurre le emissioni di carbonio in settori come i trasporti, lo stoccaggio di energia e l'industria pesante. Questa transizione è particolarmente importante per i paesi che cercano di diversificare le proprie economie dipendenti dai combustibili fossili. Tuttavia, la produzione di idrogeno verde è ad alta intensità idrica, il che pone sfide nelle regioni che affrontano la scarsità d'acqua. L'Oman è un caso di studio ideale per valutare gli impatti dell'idrogeno verde sulla distribuzione delle risorse idriche per tre motivi chiave. In primo luogo, l'economia dell'Oman dipende fortemente dai combustibili fossili, e lo sviluppo dell'idrogeno verde si allinea con gli obiettivi del paese per la diversificazione economica e la sostenibilità. In secondo luogo, l'Oman sta facendo investimenti significativi in impianti di produzione di idrogeno su larga scala, sfruttando le abbondanti risorse solari ed eoliche per alimentare l'elettrolisi, posizionando il paese come potenziale leader nel mercato globale dell'idrogeno. In terzo luogo, l'Oman è in scarsità d'acqua cronica, e si affida principalmente all'acqua desalinizzata e a limitate riserve di acque sotterranee. L'introduzione della produzione di idrogeno, che richiede molta acqua, desta preoccupazioni riguardo al bilanciamento dei fabbisogni idrici tra i vari settori del Paese, come agricoltura, industria e uso domestico. Questa ricerca analizza in profondità la disponibilità e l’uso dell’acqua per sviluppare un modello di ottimizzazione di questo bilanciamento, fornendo soluzioni di distribuzione delle risorse idriche tra vari settori. Il modello assegna acqua da tre fonti—risorse interne rinnovabili, acqua desalinizzata e acque reflue trattate—a quattro settori chiave: agricoltura, industria, uso municipale e produzione di idrogeno, con l'obiettivo di massimizzare il profitto rispettando vincoli come disponibilità idrica, domanda settoriale, soglie di sostenibilità e costi ambientali. I risultati mostrano significativi aumenti di profitto dovuti all’introduzione dell’idrogeno, accompagnati però da una redistribuzione non trascurabile, con potenziali rischi per la sicurezza idrica. Lo studio sottolinea l'importanza di strategie integrate di gestione delle risorse idriche e di miglioramenti nella quantificazione anche economica degli impatti ambientali. Ne derivano raccomandazioni che possono supportare l’utilizzo sostenibile della risorsa idrica per la transizione dell’Oman verso l’idrogeno verde, puntando sia alla crescita economica che alla resilienza ambientale.