Hidroenergia: costuri de mediu, beneficii și perspective

Hidroenergia este o sursă importantă de energie în multe regiuni ale lumii, producând aproximativ 24% din electricitatea mondială. Brazilia și Norvegia se bazează aproape exclusiv pe energia hidroelectrică. În Canada, 60% din producția de electricitate provine din hidroenergie. În Statele Unite, 2.603 baraje produc 7,3% din electricitate, aproape jumătate din aceasta fiind produsă în Washington, California și Oregon.

Utilizarea hidroenergiei pentru producerea de electricitate pune în opoziție două preocupări de mediu: în timp ce hidroenergia este regenerabilă și are emisii mai scăzute de gaze cu efect de seră decât combustibilii fosili, impactul său asupra mediului este distructiv pentru terenurile native și habitatele faunei sălbatice. Găsirea unui echilibru corect între aceste preocupări este necesară pentru a combate crizele gemene ale schimbărilor climatice și pierderii biodiversității.

Cum funcționează hidroenergia

Hidroenergia implică utilizarea apei pentru a activa părți mobile, care, la rândul lor, pot acționa o moară, un sistem de irigații sau o turbină pentru a produce electricitate. Cel mai frecvent, hidroenergia este produsă atunci când apa este reținută de un baraj, apoi canalizată printr-o turbină care este cuplată la un generator de electricitate. Apa este apoi eliberată într-un râu situat sub baraj. Centralele hidroelectrice mai rare de tip „run-of-the-river” au și ele baraje, dar fără rezervor în spatele lor. În schimb, turbinele sunt antrenate de apa râului care curge pe lângă ele cu un debit natural.

În cele din urmă, generarea de hidroenergie se bazează pe ciclul natural al apei pentru a reumple rezervoarele sau a reface râurile, făcând hidroenergia un proces regenerabil cu puțină utilizare de combustibili fosili. Consumul de combustibili fosili este asociat cu o multitudine de probleme de mediu: de exemplu, extracția petrolului din nisipuri asfaltice produce poluare a aerului; fracturarea hidraulică pentru gaze naturale este asociată cu poluarea apei; arderea combustibililor fosili produce emisii de gaze cu efect de seră care induc schimbări climatice.

Costuri

Cu toate acestea, ca toate sursele de energie, regenerabile sau nu, există costuri de mediu asociate cu hidroenergia. Pe măsură ce nevoia de a combate schimbările climatice face hidroenergia din ce în ce mai atractivă, cântărirea costurilor și beneficiilor de mediu este esențială pentru a determina rolul viitor al hidroenergiei în mixul energetic.

Distrugerea moștenirilor indigene

Nimic nu ar putea fi mai devastator din punct de vedere al mediului decât pierderea patriei ancestrale. Privind problema dintr-o perspectivă a justiției de mediu, barajele hidroelectrice au fost mult timp văzute de mulți indigeni din întreaga lume ca „o colonizare a pământului și a culturilor lor”, deoarece proiectele hidroenergetice au implicat adesea deplasarea involuntară a populațiilor indigene din țările lor de origine. Protejarea terenurilor indigene nu este doar o problemă de drepturi ale omului, ci și una de mediu, deoarece populațiile indigene sunt îngrijitorii a 80% din biodiversitatea mondială. Ca reprezentanți la summit-ul COP26 de la Glasgow, Scoția, au depus mărturie, respectând drepturile funciare ale populațiilor indigene este esențial pentru conservarea cunoștințelor indigene și a practicilor indigene de gestionare a mediului. Apărarea drepturilor indigene este centrală, nu separată de, protecția mediului.

Obstacole pentru pești

Multe specii de pești migratori înoată în sus și în jos pe râuri pentru a-și completa ciclul de viață. Peștii anadromi, cum ar fi somonul, ghidrinul sau sturionul atlantic, urcă râul pentru a se reproduce, iar puii înoată în aval pentru a ajunge la mare. Peștii catadromi, cum ar fi anghila americană, trăiesc în râuri până când înoată în ocean pentru a se reproduce, iar puii de anghilă (anguilele mici) se întorc în apă dulce după ce eclozează. Barajele blochează evident trecerea acestor pești. Unele baraje sunt echipate cu scări pentru pești sau alte dispozitive pentru a le permite să treacă nevătămați. Eficacitatea acestor structuri este destul de variabilă.

Modificări ale regimului de inundații

Barajele pot amortiza volume mari, bruște de apă în urma topirii primăverii sau a ploilor abundente. Acest lucru poate fi un lucru bun pentru comunitățile din aval (vezi Beneficiile de mai jos), dar înfometează și râul de un aflux periodic de sedimente și debite mari naturale care reînnoiesc habitatele vieții acvatice. Pentru a recrea aceste procese ecologice, autoritățile eliberează periodic volume mari de apă în râul Colorado, cu efecte pozitive asupra vegetației native de-a lungul râului.

Impact asupra zonelor din aval

În funcție de proiectarea barajului, apa eliberată în aval provine adesea din părțile mai adânci ale rezervorului. Prin urmare, apa are cam aceeași temperatură rece pe tot parcursul anului. Acest lucru are un impact negativ asupra vieții acvatice adaptate la variațiile sezoniere largi ale temperaturii apei. În mod similar, barajele captează nutrienții proveniți din descompunerea vegetației sau din câmpurile agricole din apropiere, reducând sarcinile de nutrienți în aval și afectând atât ecosistemele fluviale, cât și cele ripariene. Nivelurile scăzute de oxigen din apa eliberată pot ucide viața acvatică din aval, dar problema poate fi atenuată prin amestecarea aerului în apă la ieșire.

Poluarea cu mercur

Mercurul este depus pe vegetație în direcția vântului de la centralele electrice pe bază de cărbune. Atunci când sunt create noi rezervoare, mercurul găsit în vegetația acum scufundată este eliberat și convertit de bacterii în metil-mercur. Acest metil-mercur devine din ce în ce mai concentrat pe măsură ce se deplasează în susul lanțului alimentar (un proces numit bioacumulare). Consumatorii de pești prădători, inclusiv oamenii, sunt apoi expuși la concentrații periculoase ale compusului toxic. În aval de masivul baraj Muskrat Falls din Labrador, de exemplu, nivelurile de mercur obligă comunitățile indigene inuite să abandoneze practicile tradiționale.

Evaporare

Rezervoarele măresc suprafața unui râu, crescând astfel cantitatea de apă pierdută prin evaporare. În regiunile calde și însorite, pierderile sunt uriașe: se pierde mai multă apă prin evaporarea din rezervor decât se folosește pentru consumul casnic. Când apa se evaporă, sărurile dizolvate rămân în urmă, crescând nivelurile de salinitate în aval și afectând viața acvatică.

Amenințări din cauza schimbărilor climatice

Evaporarea crescută lasă, de asemenea, rezervoarele expuse la pierderi dramatice din cauza schimbărilor climatice. Seceta este un factor major în creșterea temperaturilor de pe Pământ, deoarece zonele care odată au fost binecuvântate cu precipitații suficiente pentru energia hidroelectrică se confruntă din ce în ce mai mult cu niveluri scăzute ale barajelor și pierderea generării de energie electrică. În 2021, secetele istorice din vestul Statelor Unite au scăzut dramatic nivelurile rezervoarelor din spatele barajelor hidroelectrice. În California, barajul Oroville a scăzut la doar 24% din capacitatea sa normală. Scăderea hidroenergiei a obligat utilitățile din California să crească generarea de gaze naturale, exacerbând și mai mult încălzirea globală.

Emisii de metan

Nutrienții reținuți în spatele barajelor hidroelectrice sunt consumați de alge și microorganisme, care, la rândul lor, eliberează cantități mari de metan, un gaz cu efect de seră puternic. Acest lucru este valabil mai ales în cazul proiectelor hidroelectrice nou construite, deoarece emisiile de metan scad pe durata de viață a unui baraj.

Beneficii

Principalul beneficiu al cantităților masive de electricitate relativ fiabilă pe care le furnizează barajele hidroelectrice este că electricitatea este atât regenerabilă, cât și cu emisii scăzute de carbon.

Electricitate regenerabilă curată(mai curată)

Hidroenergia este regenerabilă, furnizând 37% din toată producția de energie electrică regenerabilă din Statele Unite. Examinând întregul ciclu de viață al hidroenergiei, de la construcția barajului până la consumul de energie electrică, hidroenergia produce aproximativ o cincime din emisiile de gaze cu efect de seră ale combustibililor fosili. Hidroenergia poate fi variabilă sezonier, dar este mult mai puțin intermitentă decât energia solară și eoliană și se proiectează să joace un rol semnificativ ca sursă fiabilă de energie curată și regenerabilă în viitorul previzibil.

Independență energetică

Ca parte a unui portofoliu de surse de energie, utilizarea hidroenergiei înseamnă o dependență mai mare de energia internă, spre deosebire de combustibilii fosili exploatați în străinătate, în locații cu reglementări de mediu mai puțin stricte.

Controlul inundațiilor

Nivelurile rezervoarelor pot fi coborâte în anticiparea ploilor abundente sau a topirii zăpezii, protejând comunitățile din aval de nivelurile periculoase ale râurilor.

Recreere și turism

Rezervoarele mari sunt adesea folosite pentru activități recreative precum pescuitul și navigația. Cele mai mari baraje generează, de asemenea, venituri pentru comunitățile locale prin turism.

Viitorul hidroenergiei

În timp ce apogeul construirii de baraje hidroelectrice la scară largă datează din anii 1930 și 1940, hidroenergia se extinde în lumea în curs de dezvoltare. Viitorul hidroenergiei va implica noi construcții, dezasamblarea barajelor, modernizări și costuri în scădere ale unor alternative și mai curate.

Dezasamblarea barajelor

Mai mult de jumătate din barajele construite înainte de anii 1970 în Statele Unite ajung sau depășesc sfârșitul duratei lor de viață estimate de 50 de ani, parte a infrastructurii degradate a țării. Decomisionarea și dezasamblarea barajelor au crescut pe măsură ce beneficiile economice ale barajelor mai vechi scad, în timp ce costurile de mediu cresc. Dezasamblarea barajelor, deși puțin frecventă, a fost o poveste de succes pentru habitat, cu reînnoiri rapide ale stocurilor de pești migratori.

Reconfigurarea și modernizarea barajelor existente

Creșterea eficienței barajelor hidroelectrice existente și reconversia barajelor nehidroelectrice existente sunt două modalități de a extinde producția de hidroenergie fără a-i crește impactul asupra mediului (deși nici nu-l scade). Într-un program pilot, Programul de energie hidraulică al Departamentului american al Energiei a crescut eficiența a trei centrale hidroelectrice, adăugând peste 3.000 de megawatt-ore pe an la rețelele electrice locale. Dintre barajele din lume de astăzi, nu mai mult de 10% sunt utilizate pentru producerea de energie electrică. Reconversia lor pentru a produce electricitate ar putea furniza suplimentar o estimare de 9% din puterea hidroelectrică globală actuală.

Alternative mai curate

Evaluarea impactului asupra mediului al hidroenergiei nu implică doar compararea acesteia cu combustibilii fosili, ci și cu alternativele de energie curată cu impact mai mic asupra combustibililor fosili. Nici o formă de producție de energie electrică nu este fără impact negativ, totuși emisiile de gaze cu efect de seră din hidroenergie sunt de aproximativ zece ori mai mari decât cele din energia nucleară, solară și eoliană.

Un studiu recent a estimat că panourile fotovoltaice solare (PV) ar putea produce aceeași cantitate de energie electrică ca toate cele 2.603 baraje hidroelectrice din Statele Unite, utilizând aproximativ o optime din suprafața rezervorului existent. Înlocuiți aceste baraje cu panouri fotovoltaice solare și 87% din teren se va întoarce faunei sălbatice, în timp ce restul de 13% ar putea susține energia solară.