Die Entwicklungsländer planen einen drastischen Ausbau der Wasserkrafterzeugung, da sie dringend Strom und Bewässerung benötigen. Es ist auch eine strategische Entscheidung, ihre eigenen Ressourcen zu nutzen. Die Wasserkraft ist nach der Kernenergie die zweitgrößte Quelle für eine kohlenstoffarme und langfristig zuverlässige Grundlasterzeugung und stellt eine hervorragende Möglichkeit dar, die Energieerzeugung zu steigern, ohne die Zukunft des Landes an die fossilen Brennstoffe eines anderen Landes zu verpfänden.
Über sechshundert Wasserkraftwerke befinden sich derzeit im Bau und über 3.000 sind für die nahe Zukunft geplant. Die meisten dieser Standorte befinden sich in Asien und Lateinamerika (Vox.com). Damit würde sich die Menge an Wasserkraft in der Welt verdoppeln (siehe Abbildung unten).
Diese Menge an Wasserkraft wird Investitionen in Höhe von etwa 3 Billionen Dollar erfordern und bis Mitte des Jahrhunderts etwa 60 Billionen kWh Strom erzeugen. Dies würde Bewässerungswasser und ausreichend Strom liefern, um fast eine Milliarde Menschen aus der bitteren Armut zu befreien. Und diese Menge an Wasserkraft würde verhindern, dass 50 Milliarden Tonnen Kohlenstoffemissionen in die Atmosphäre gelangen.
Wem würde das nicht gefallen?
Die Entwicklungsländer planen einen drastischen Ausbau der Stromerzeugung aus Wasserkraft, weil sie dringend Strom und Bewässerungswasser benötigen und weil es eine strategische Entscheidung ist, ihre eigenen Ressourcen zu nutzen, um eine kohlenstoffarme und langfristig zuverlässige Grundlast zu erzeugen. Aber es gibt versteckte Kosten für den Planeten und die Lebensgrundlagen vieler seiner Bürger, die gemildert werden müssen. Sonst drohen uns weitere unbeabsichtigte Folgen. Das Bild zeigt den McNary-Damm am Columbia River an der Grenze zwischen Washington und Oregon. Quelle: DOE EERE
Aber es gibt noch eine andere Seite dieser Geschichte. Ein dramatischer Ausbau der Wasserkraft, insbesondere in tropischen Regionen, in denen sich viele dieser Entwicklungsländer befinden, wird auch die Ökosysteme der Flüsse dramatisch beeinflussen. Es gibt sogar Zweifel an den kohlenstoffarmen Aspekten der Wasserkraft, auch wenn diese übertrieben sind.
Die Suche nach billiger Energie kann dazu führen, dass die meisten wichtigen Flüsse der Erde aufgestaut werden.
Wasserkraftdämme können den Fischarten in den Flüssen schaden, von denen die meisten bereits gefährdet oder bedroht sind. Tatsächlich sind Süßwasserfische eine der am stärksten gefährdeten Gruppen von Wirbeltieren auf der Erde. Der Verlust dieser Fische, selbst wenn er nur lokal auftritt, kann Gesellschaften und Volkswirtschaften schädigen, die von den Flüssen abhängen. Da die meisten dieser Gesellschaften auch arm sind und ein schnelles Bevölkerungswachstum erleben, wird dies zu einer doppelten Katastrophe.
Top: Über sechshundert große Wasserkraftwerke sind derzeit im Bau (blaue Punkte – 17%)… und über 3.000 sind für die nahe Zukunft geplant (rote Punkte – 83%), hauptsächlich in Asien und Lateinamerika. Ein solches Wachstum der Wasserkraft würde genug Bewässerungswasser und Strom liefern, um fast eine Milliarde Menschen aus der Armut zu holen und bis Mitte des Jahrhunderts 50 Milliarden Tonnen Kohlenstoffemissionen zu vermeiden. Beachten Sie, dass in den Vereinigten Staaten oder Westeuropa, wo die meisten bestehenden Anlagen stehen, keine geplant sind. Unten: Bestehende hydroelektrische Dämme. Quelle: Christiane Zarfl et al, Aquatic Sciences (DOI: 10.1007/s00027-014-0377-0)
Während der ersten Annäherung der Fische an einen Staudamm steigt der Druck im tiefer werdenden Wasser hinter dem Damm. Die Fische tauchen dann in ein Zugrohr ein oder schwimmen unter einem Tor hindurch, wo es zu einer schnellen Dekompression und einem Wasserschwall kommt. Die Geschwindigkeit übersteigt oft die Geschwindigkeit, mit der die Fische ihr eigenes Schwimmen kontrollieren können, wodurch sie herumgeschleudert werden und gegen Gegenstände, Wände oder andere Fische stoßen. Sie werden durch das System geschleudert.
Schließlich gelangt der Fisch in den Fluss stromabwärts des Staudamms, wo starke Wirbel und die heftige Vermischung verschiedener Gewässer Scherkräfte verursachen, die Schuppen und Flossen abreißen oder zum Tod führen können.
Physikalische Schäden, die durch rasche Druckveränderungen entstehen, werden als barometrisches Trauma oder Barotrauma bezeichnet (siehe Barotrauma-Abbildung unten). Die schnelle Dekompression kann innere Organe wie Eingeweide, die Speiseröhre, den Magen und die Schwimmblase herausreißen. Ihre Augen können herausspringen.
Denken Sie an Arnold Schwarzeneggers Barotrauma am Ende von Total Recall, als er auf die Marsoberfläche geschleudert wurde, um in der dünnen Atmosphäre an Dekompression zu sterben.
Zu den Verletzungen, die Fische beim Passieren von Staudämmen erleiden, gehören der Aufprall auf Gegenstände in den… heftigen Gewässern und das Barotrauma – druckbedingte Schäden wie das Herausziehen von Teilen des Fischinneren, hier zu sehen als Embolien (Blasen) im Auge eines jungen Chinook-Lachses, als seine Augen hervortraten. Bei einer schnellen Dekompression kann die Schwimmblase des Fisches, die zur Aufrechterhaltung des Auftriebs dient, platzen und das Gas kann in die Organe, das Gewebe und in diesem Fall in das Auge eindringen. Credit: PNNL Ecology Group
Der Schweregrad dieser schädlichen Auswirkungen wird bestimmt durch:
– die Förderhöhe oder der Höhenunterschied zwischen den Gewässern vor und hinter dem Staudamm
– die Auslegung der Anlage
– die Hydrologie des Standorts
– die individuelle Toleranz jeder Fischart
Die Kenntnis dieser Auswirkungen sollte es uns ermöglichen, fischfreundlichere Staudämme zu bauen. Dieses Thema wird jetzt ernsthaft untersucht.
Richard Brown und seine Mitarbeiter am Pacific Northwest National Laboratory untersuchen das Barotrauma genau. Brown stellt fest, dass die Schwimmblase ein besonders häufiges Zielorgan ist, da sie viel Luft enthält. Und die meisten Fische haben Schwimmblasen. Zwei der wenigen Ausnahmen sind Neunaugen und Schleimaale.
Arten wie der Lachs haben eine einzige Fortpflanzungsepisode im Fluss, bevor sie sterben. Das einzige Lebensstadium, das von der Durchgängigkeit flussabwärts betroffen sein kann, sind also Junglachse. Andere Fische wie Forellen passieren die Turbinen mehr als einmal, wenn sie nach dem Laichen zurück ins Meer wandern und sich innerhalb des Flusses hin- und herbewegen.
Ein weiteres Problem betrifft laut Brown et al. (2014) große Auenflüsse in Südostasien, Südamerika und Australien, wo die Drift von Eiern und Larven ein üblicher Bestandteil des Lebens vieler Fische ist und die Wahrscheinlichkeit erhöht, auf Dämme zu treffen. Selbst in Nordamerika können Eier, Larven und kleine Jungfische von Zander und Stör über große Entfernungen verdriftet werden und sind aufgrund ihrer Zerbrechlichkeit sehr anfällig für Barotraumata.
„Das Verständnis der Ökologie und des Zeitpunkts der Larvenabdrift sowie des Zeitpunkts des ersten Aufblasens der Schwimmblase im Leben eines Fisches wird entscheidend sein, um ihre Anfälligkeit für Barotrauma zu verstehen.“
Die Kenntnis der Hydraulik der Dämme und der Biologie, der Lebenszyklen und der Entwicklung von Jungfischen wird eine bessere Planung von Wasserkraftwerken ermöglichen. Die Turbinen können so angepasst werden, dass schnelle und große Druckschwankungen vermieden werden. Dies wird auch dazu beitragen, den Verschleiß der Turbinen selbst zu verringern. Alternative Routen für die Fische durch das System, ohne dass viel Wasser umgeleitet wird, werden es den Fischen ermöglichen, diesen Spießrutenlauf besser zu überstehen.
Aber Abhilfemaßnahmen sind teuer. Und es ist nicht bekannt, ob die Entwicklungsländer sie sich leisten können oder ob sie sie umsetzen wollen. Entlang unseres Columbia River hier im Nordwesten des Pazifiks wurden seit 1950 mehr als 7 Milliarden Dollar für die Rettung von Lachsarten ausgegeben, und zwar durch Bestandsaufstockung, den Bau von Fischaufstiegsanlagen wie Leitern oder Treppen, die Abschirmung von Bewässerungsumleitungen, die Sanierung von Lebensräumen und die Schaffung von Durchgangsmöglichkeiten flussabwärts. Trotzdem sind wir immer noch auf die Produktion in Brutanlagen entlang der Flüsse angewiesen, um diese Arten vor dem Aussterben zu bewahren.
Die derzeitigen Maßnahmen in den Vereinigten Staaten wurden jedoch hauptsächlich für Lachse entwickelt und lassen sich möglicherweise nicht ohne weiteres auf verschiedene Süßwasserarten in anderen Regionen der Welt übertragen.
Dämme in tropischen Regionen stellen eine andere Herausforderung dar als in gemäßigten Zonen. Die Fische in vielen tropischen Auenflüssen sind an den außergewöhnlichen Wechsel zwischen Regen- und Trockenzeiten angepasst. Fortpflanzung und Wachstum werden in der Regenzeit optimiert, wenn große Wassermengen Laich-, Aufzucht- und Nahrungshabitate für adulte und junge Fische schaffen.
In der Trockenzeit erschwert das völlige Austrocknen oder die Entstehung einer Reihe von Zufluchtsbecken das Auffinden überlebensfähiger Habitate. In beiden Fällen ist eine hohe Vernetzung der Lebensräume von entscheidender Bedeutung, um die freie Bewegung von Fischen innerhalb und zwischen den Fluss- und Auenhabitaten zu ermöglichen.
Man kann sich leicht vorstellen, wie schwierig es ist, in diesen Ökosystemen einen Staudamm zu entwerfen, der die richtigen saisonalen Feucht- und Trockenbedingungen bewahrt und gleichzeitig die freie Bewegung zwischen den verschiedenen Lebensräumen ermöglicht.
Daher ist es wichtig, dass wir in der entwickelten Welt die Regierungen, die Wasserkraftwerke bauen wollen, aufklären und neue, fischfreundliche Entwürfe vorlegen, die, wenn sie angenommen werden, mit wirtschaftlichen Anreizen der Weltbank und der Vereinten Nationen einhergehen würden.
Wenn die Welt ihre Wasserkraftproduktion verdoppeln will, sollten wir sie besser sicher machen. Und das können wir.
Andernfalls könnten die Kosten für den Planeten und seine Bewohner höher sein, als wir es uns leisten können.
Nachtragsnotiz: Ein heute im Review of Scientific Instruments des American Institute of Physics veröffentlichter Artikel beschreibt einen synthetischen Fisch, den Sensorfisch, ein kleines röhrenförmiges Gerät, das mit Sensoren gefüllt ist, die die physischen Belastungen analysieren, denen die Fische während des Spießrutenlaufs durch die Wasserkraftwerke ausgesetzt sind, und Daten liefern, die für die Gestaltung fischfreundlicherer Dämme wichtig sind.