Land under vand:Estimering af vandkrafts indvirkning på arealanvendelsen

Vandkraft er verdens største kilde til vedvarende energi, producerer hele 16 procent af den globale energiforsyning. Men vandkraft er ikke uden miljøomkostninger, især når det kommer til jorden, der er druknet under reservoirer eller opslugt af veje og elledninger bygget til et vandkraftprojekt. Nu, et hold af norsk-baserede forskere har udviklet en innovativ måde at beskrive, hvor meget jord det kræver at generere en kilowatt-time elektricitet fra vandkraft. Målet er at gøre det lettere for politikere og virksomheder at vurdere de miljømæssige afvejninger af nuværende vandkraftværker og involveret i at investere i nye vandkraftværker.

"Nogle vandkraftreservoirer kan se naturlige ud i starten. de er påvirket af mennesker, og hvis land er blevet oversvømmet for deres skabelse, dette kan påvirke terrestriske økosystemer, sagde Martin Dorber, en ph.d.-kandidat ved Norges Tekniske Universitets (NTNU) Industriel Økologi-program.

Der er bred enighed om, at det er nøglen til at bekæmpe globale klimaændringer at øge mængden af ​​elektricitet, som verden får fra vedvarende energi som vandkraft. Det mellemstatslige panel om klimaændringer (IPCC) undersøger dette spørgsmål i en særlig rapport om vedvarende energikilder og klimaændringer. Organisationen siger, at regeringer og industri skal inkludere de langsigtede miljømæssige konsekvenser af vandkraft i nuværende og fremtidige projekter. Den vej, de kan identificere de miljømæssige kompromiser, der vil følge af at udvide vandkraftproduktionen.

Dorber og hans kolleger Francesca Verones fra NTNU's Industrial Ecology Program, og Roel May fra Norsk Institut for Naturforskning indså, at de havde det perfekte værktøj til at kvantificere miljøeffekterne af vandkraftproduktion. Det er et analyseværktøj kaldet Life Cycle Assessment (LCA). LCA giver forskere en metode til at se på alle miljøpåvirkningerne af et produkt eller en proces i løbet af dets livscyklus. Det betyder, at de starter helt i starten, fra produktionen af ​​varens komponenter, til hvornår produktet eller processen er oprettet og i brug, og endelig til når den ikke længere er i brug og genbruges eller på anden måde bortskaffes. Ideen er at give et billede af de samlede miljøomkostninger ved noget.

Som et eksempel, hvis du skulle foretage en livscyklusvurdering af en øldåse, du bliver nødt til at vide alt, der starter med miljøomkostningerne ved minedrift af råmaterialet (bauxit), forsendelse til at blive lavet i aluminium, fremstillingen af ​​selve dåsen, og hvad der skal til for at genbruge det, efter det har været brugt. Det er kompliceret, men forskere ved NTNU's Industrial Ecology Program har perfektioneret denne tilgang til hundredvis af forskellige produkter og processer.

En af de potentielle miljøeffekter af udbygning af vandkraft er, hvad den kan gøre for biodiversiteten. Det kan ændre ferskvandshabitat, forringe vandkvaliteten, og ændre arealanvendelsen ved at oversvømme jord til reservoirer, og fra opførelsen af ​​dæmningen og elledningerne og adgangsvejene projektet har brug for. Forskerne indså, at der endnu ikke er nok information tilgængelig til at give LCA mulighed for at vurdere alle disse påvirkninger fra vandkraft, så de besluttede at fokusere på ét nøglespørgsmål:arealanvendelse og arealanvendelse ændret.

"Arealanvendelse og ændringer i arealanvendelsen er et nøglespørgsmål, da det er en af ​​de største årsager til tab af biodiversitet, fordi det fører til tab og nedbrydning af levesteder for mange arter, "Sagde Dorber.

Oversvømmende naturlige søer

Det første skridt for forskerne var at udføre det, der kaldes en livscyklusopgørelse, ved at finde ud af, hvor meget jord der bruges til at producere en kilowatt-time elektricitet. Da Norge er en af ​​de 10 bedste vandkraftproducenter i verden, med mere end 95 procent af al indenlandsk elproduktion fra vandkraft, forskerne indså, at de var nødt til at lave en opgørelse specifik for Norge.

Der er databaser, der forsøger at give disse oplysninger, men den største af disse havde kun oplysninger om vandkraftproduktion for Schweiz og Brasilien. Og ingen af ​​databaserne redegjorde for vandområdet i en naturlig sø, der kunne være blevet oversvømmet for at lave hydroreservoiret, sagde forskerne. "De fleste af de norske vandkraftreservoirer er skabt ved at begrave naturlige søer, " sagde Dorber. "Så hvis vi anvendte oplysningerne fra databaserne, der ikke tager højde for vandområdet i en naturlig sø, det ville føre til en grov overvurdering af miljøpåvirkningen."

Problemet er, der er minimal information tilgængelig om størrelsen af ​​de søer, der blev oversvømmet for at skabe Norges 1289 vandkraftreservoirer. Så forskerne fandt en måde at estimere, hvad oprindelige søstørrelser ville have været - ved at bruge satellitbilleder.

Heldigvis, forskerne havde adgang til to fremragende informationskilder til at foretage deres skøn. Den første var målinger af de faktiske reservoiroverfladearealer ved deres højeste regulerede vandstand, leveret af Norges Vandressource- og Energidirektorat (NVE). Den anden var gratis, downloadbare satellitbilleder fra NASA-USGS Global Land Survey datasæt, hvor de brugte billeder fra 1972-1983 til Norge. Forskerne brugte også luftfotos efter behov fra en internetportal kaldet Norge i Bilder, som leverer luftfotos for Norge allerede i 1937.

Datoerne for billederne har betydning, fordi forskerne skulle kunne se landet, før vandkraftprojekterne blev bygget. Det betød, at de kun kunne vurdere vandoverfladearealer før dæmningsbyggeri til vandkraftværker bygget på eller efter 1937 for det område, der er dækket af luftbillederne, og for dæmninger bygget på eller efter 1972 for det område, der er dækket af Landsat-billederne. Som resultat, de var kun i stand til at beregne, hvor meget land der blev oversvømmet for i alt 184 vandkraftreservoirer.

Af forskellige årsager, de var ikke i stand til at bruge data for 77 reservoirer, som de havde landområdeoplysninger for. Til sidst, de var i stand til at beregne jordbesættelse af reservoirer, der leverede omkring 20 procent af den samlede gennemsnitlige årlige vandkraftelektricitet produceret i Norge mellem 1981 og 2010. "Ved at dividere det oversvømmede landareal med den årlige elproduktion for hvert vandkraftmagasin, vi beregnede stedspecifikke nettoarealbesættelsesværdier for livscyklusopgørelsen, " sagde Dorber. " Selvom det er uden for dette arbejdes rammer, Vores tilgang er et afgørende skridt i retning af at kvantificere virkningerne af vandkraftproduktion på biodiversitet til livscyklusanalyse."

Dorber påpeger, at deres tilgang kunne anvendes af andre lande, der ønskede at vide mere om virkningerne af vandkraft på miljøet, fordi Landsat-dataene dækker hele kloden og er frit tilgængelige. Og da de sammenlignede den norske information, de genererede, med den information om vandkraft, de havde fra Schweiz og Brasilien, de så, hvor forskellige virkningerne er i de forskellige lande.

"Den gennemsnitlige arealanvendelse i vores undersøgelse på tværs af alle de vandkraftværker, vi så på, er 0,027 m2· år/kWh og er større end de eksisterende 0,004 m2· år/kWh i databasen for Schweiz, " sagde Dorber. "Men, da vi justerede jordbesættelsesværdien for at imødegå usikkerheder, den justerede gennemsnitlige arealbelægning (0,007 m2·år/kWh) er lavere end vores gennemsnitlige arealbelægning (0,027 m2·år/kWh) og er dermed tættere på de eksisterende 0,004 m2·år/kWh i Ecoinvent-databasen."

At vide, hvor meget jord der var besat, da en dæmning blev bygget, kan også hjælpe med at beregne, hvor meget vand der i gennemsnit går tabt på grund af fordampning, som kan påvirke akvatiske økosystemer ved at reducere mængden af ​​vand, der frigives fra dæmningen. Og fordi oprettelsen af ​​vandkraftreservoirer fører til en initial stigning i drivhusgasemissioner fra nedbrydning af organisk stof, der blev oversvømmet af reservoiret eller skyllet ind i reservoiret, oplysningerne kan også bruges til at beregne nettovandforbrug og nettodrivhusgasemissioner for livscyklusopgørelsen, sagde Dorber.

"Vi har vist, at telemålingsdata kan bruges til at kvantificere ændringen i arealanvendelsen forårsaget af vandkraftmagasiner. Samtidig viser vores resultater, at ændringen i arealanvendelsen er forskellig mellem vandkraftmagasinerne, " sagde Dorber. "Derfor, mere reservoirspecifik vurdering af arealanvendelse er en nøglekomponent, der er nødvendig for at kvantificere de potentielle miljøpåvirkninger i forbindelse med vandkraftmagasiner."