Kehitysmaat suunnittelevat vesivoimatuotannon dramaattista laajentamista, koska ne tarvitsevat kipeästi sähköä ja kastelua. Kyse on myös strategisesta päätöksestä käyttää omia resurssejaan. Vesivoima on ydinvoiman jälkeen toiseksi tärkein vähähiilisen ja pitkällä aikavälillä luotettavan peruskuormantuotannon tarjoajana, ja se on erinomainen tapa lisätä energiantuotantoa ilman, että maan tulevaisuus kiinnitetään toisen maan fossiilisten polttoaineiden toimituksiin.
Vesivoimapatoja on tällä hetkellä rakenteilla yli kuusisataa, ja lähitulevaisuuteen on suunnitteilla yli 3 000. Suurin osa näistä kohteista sijaitsee Aasiassa ja Latinalaisessa Amerikassa (Vox.com). Tämä kaksinkertaistaisi maailman vesivoiman määrän (ks. alla oleva kuva).
Tämä vesivoiman määrä vaatisi noin 3 biljoonan dollarin investoinnit ja tuottaisi noin 60 biljoonaa kilowattituntia sähköä vuosisadan puoliväliin mennessä. Se tarjoaisi kasteluvettä ja riittävästi sähköä nostaa lähes miljardi ihmistä pois äärimmäisestä köyhyydestä. Ja tällä määrällä vesivoimaa vältettäisiin 50 miljardin tonnin hiilidioksidipäästöjen pääsy ilmakehään.
Kuka ei pitäisi tästä?
Kehitysmaat suunnittelevat vesivoimatuotannon dramaattista laajentamista… epätoivoisesta sähkön- ja kasteluvoiman tarpeestaan sekä strategisena päätöksenä käyttää omia resurssejaan vähähiiliseen, pitkäaikaiseen ja luotettavaan peruskuormantuotantoon. Maapallolle ja monien sen kansalaisten toimeentulolle aiheutuu kuitenkin piilokustannuksia, joita on lievennettävä. Muuten edessä on lisää tahattomia seurauksia. Kuvassa McNaryn pato Columbia-joen varrella Washingtonin ja Oregonin rajalla. Lähde: Lähde: DOE EERE
Mutta tässä tarinassa on toinenkin puoli. Vesivoiman dramaattinen laajentaminen erityisesti trooppisilla alueilla, joilla monet näistä kehitysmaista sijaitsevat, vaikuttaa myös dramaattisesti jokien ekosysteemeihin. Vesivoiman vähähiilisyys on jopa kyseenalaistettu, vaikka sitä liioitellaankin.
Halvan sähkön etsintä saattaa hyvinkin padottaa suurimman osan maapallon tärkeistä joista.
Vesivoimapadot voivat vahingoittaa jokien kalalajeja, joista useimmat ovat jo nyt uhanalaisia tai vaarassa. Itse asiassa makean veden kalat ovat yksi maapallon uhanalaisimmista selkärankaisten ryhmistä. Näiden kalojen menettäminen, jopa paikallisesti, voi vahingoittaa joesta riippuvaisia yhteiskuntia ja talouksia. Koska useimmat näistä yhteiskunnista ovat myös köyhiä ja kärsivät nopeasta väestönkasvusta, tästä tulee kaksinkertainen vahinko.
Top: Yli kuusisataa suurta vesivoimapatoa on tällä hetkellä rakenteilla (siniset pisteet – 17 %)… ja yli 3 000 on suunnitteilla lähitulevaisuuteen (punaiset pisteet – 83 %), enimmäkseen Aasiassa ja Latinalaisessa Amerikassa. Tällainen vesivoiman kasvu tarjoaisi kasteluvettä ja sähköä, joka riittäisi nostamaan lähes miljardi ihmistä pois äärimmäisestä köyhyydestä, ja sillä voitaisiin välttää 50 miljardin tonnin hiilidioksidipäästöt vuosisadan puoliväliin mennessä. Huomattakoon, että yhtään ei ole suunnitteilla Yhdysvaltoihin tai Länsi-Eurooppaan, jossa suurin osa nykyisistä voimaloista on jo toiminnassa. Pohja: Nykyiset vesivoimapadot. Lähde: (DOI: 10.1007/s00027-014-0377-0)
Kalojen aluksi lähestyessä vesipatoa paine kasvaa padon takana syvenevässä vedessä. Tämän jälkeen kalat menevät vetoputkeen tai uivat portin alitse, jolloin tapahtuu nopea purkautuminen ja veden nousu. Nopeus ylittää usein nopeuden, jolla kalat pystyvät hallitsemaan omaa uintiaan, jolloin ne heittelehtivät ja törmäävät esineisiin, seinämiin tai muihin kaloihin. Niitä piestään, kun niitä raahataan järjestelmän läpi.
Viimein kala joutuu padon alapuoliseen jokeen, jossa voimakkaat pyörteet ja eri vesien raju sekoittuminen aiheuttavat leikkausrasitusta, joka voi repiä suomuja ja eviä irti tai aiheuttaa kuoleman.
Nopeista paineenvaihteluista johtuvia fyysisiä haittoja kutsutaan barometriseksi traumaksi tai barotraumaksi (ks. barotrauma-kuva alla). Nopea dekompressio voi vetää ulos sisäelimiä, kuten suolistoa, ruokatorvea, mahalaukkua ja uimarakkuloita. Silmät voivat ponnahtaa ulos.
Ajattele Arnold Schwarzeneggerin barotraumaa Total Recall -elokuvan lopussa, kun hänet heitettiin Marsin pinnalle kuolemaan sen ohuessa ilmakehässä tapahtuvaan dekompressioon.
Vahinkoja, joita vesivoimapatojen ohi kulkevat kalat kärsivät, ovat muun muassa törmääminen esineisiin… väkivaltaisessa vedessä ja barotrauma – paineen aiheuttama vahinko, kuten kalan sisäelinten vetäminen ulos, kuten tässä nähdään embolina (kuplina) nuoren kirjolohen silmässä, kun sen silmät poksahtelivat ulos. Nopeasti purkautuessaan kalan uimarakko, jota käytetään kelluvuuden ylläpitämiseen, voi repeytyä ja kaasu voi päästä elimiin, kudoksiin ja tässä tapauksessa silmään. Credit: PNNL Ecology Group
Näiden haitallisten vaikutusten vakavuus ratkaisee:
– padon edessä ja takana olevien vesien käyttökorkeus tai korkeusero
– laitoksen suunnittelu
– paikan hydrologia
– kunkin kalalajin yksilöllinen sietokyky
Tuntemalla nämä vaikutukset pitäisi pystyä suunnittelemaan kaloille ystävällisempiä vesipatoja. Tätä aihetta tutkitaan nyt vakavasti.
Richard Brown ja työtoverit Pacific Northwest National Laboratoryssa tutkivat barotraumaa tarkasti. Brown toteaa, että uimarakkulat ovat erityisen yleinen kohde-elin, koska niissä on paljon ilmaa. Ja useimmilla kaloilla on uimarakko. Kaksi harvoista poikkeuksista ovat lampareet ja hagfish.
Lohen kaltaisilla lajeilla on yksi ainoa lisääntymisjakso joessa ennen kuolemaa. Joten ainoa elämänvaihe, johon alavirtaan kulkeminen voi vaikuttaa, on nuori lohi. Muut kalat, kuten taimenet, kulkevat turbiinien läpi useammin kuin kerran, kun ne vaeltavat takaisin mereen kutemisen jälkeen ja liikkuvat edestakaisin joen sisällä.
Toinen ongelma koskee Brownin ym. mukaan (2014) suuria tulvajokia Kaakkois-Aasiassa, Etelä-Amerikassa ja Australiassa, joissa mätimunien ja toukkien ajelehtiminen on tavallinen osa monien kalojen elämää, ja se kasvattaa padon kohtaamisen todennäköisyyttä. Jopa Pohjois-Amerikassa ahvenen ja sardiinin mätimunat, toukat ja pienet poikaset voivat ajelehtia pitkiä matkoja, ja niiden hauraus tekee niistä erittäin alttiita barotraumalle.
”Toukkien ajelehtimisen ekologian ja ajoituksen sekä kalan ensimmäisen uimarakon puhkeamisen ajankohdan ymmärtäminen kalan elämässä on ratkaisevaa, kun halutaan ymmärtää kalojen alttiutta barotraumalle.”
Patojen hydrauliikan ja kalanpoikasten biologian, elinkaaren ja kehityksen tunteminen mahdollistaa vesivoimapatojen paremman suunnittelun. Turbiinit voidaan muuttaa siten, että vältetään nopeita ja suuria paineenvaihteluita. Tämä auttaa myös vähentämään itse turbiinien kulumista. Vaihtoehtoiset reitit, joita kalat kulkevat järjestelmän läpi ilman, että vettä ohjataan paljon, mahdollistavat sen, että kalat selviytyvät paremmin tästä haasteesta.
Mutta lieventämisvaihtoehdot ovat kalliita. Eikä tiedetä, onko kehitysmailla varaa niihin tai päättävätkö ne toteuttaa niitä. Omalla Columbia-joellamme täällä Tyynenmeren luoteisosassa on käytetty vuodesta 1950 lähtien yli 7 miljardia dollaria lohilajien pelastamiseen parantamalla kalakantoja, rakentamalla kalateitä, kuten tikkaita tai portaita, siivilöimällä kasteluojia, kunnostamalla elinympäristöjä ja tarjoamalla kulkuyhteyksiä alavirtaan. Silti olemme edelleen riippuvaisia jokien varrella tapahtuvasta hautomotuotannosta pelastaaksemme nämä lajit sukupuuttoon kuolemiselta.
Yhdysvalloissa nykyiset ratkaisut on kuitenkin kehitetty pitkälti lohta varten, eivätkä ne välttämättä sovellu hyvin erilaisiin makeanveden lajeihin eri puolilla maailmaa.
Trooppisilla alueilla sijaitsevat padot ovat erilainen haaste kuin lauhkeilla alueilla. Monien trooppisten tulvajokien kalat ovat sopeutuneet poikkeuksellisiin vaihteluihin kosteiden ja kuivien kausien välillä. Lisääntyminen ja kasvu ovat optimaalisia märkänä vuodenaikana, jolloin valtavat vesivirrat luovat kutu-, poikas- ja ruokailualueita sekä aikuisille että nuorille kaloille.
Kuivana vuodenaikana täydellinen kuivuminen tai useiden suoja-altaiden muodostuminen vaikeuttaa elinkelpoisen elinympäristön löytämistä. Molemmissa tapauksissa elinympäristöjen suuri yhteenkuuluvuus on ratkaisevan tärkeää, jotta kalat voivat liikkua vapaasti joki- ja tulva-alueiden elinympäristöjen sisällä ja niiden välillä.
On helppo kuvitella, kuinka vaikeaa on suunnitella näissä ekosysteemeissä sellainen vesivoimapato, jolla voidaan säilyttää oikeat kausittaiset märät ja kuivat olosuhteet ja joka toimii siten, että samalla mahdollistetaan vapaa liikkuminen eri elinympäristöjen välillä.
Sentähden on tärkeää, että me kehittyneissä maissa autamme valistamaan niitä hallituksia, jotka haluavat rakentaa vesivoimapatoja, ja tarjoamme uusia kalaystävällisiä suunnitelmia, jotka, jos ne hyväksytään, Maailmanpankki ja Yhdistyneet Kansakunnat tarjoaisivat taloudellisia kannustimia.
Jos maailman vesivoimatuotanto aiotaan kaksinkertaistaa, meidän on parasta tehdä siitä turvallista. Ja pystymme siihen.
Muussa tapauksessa kustannukset planeetalle ja sen asukkaille voivat olla suuremmat kuin mihin meillä on varaa.
Post-postimerkintä: Juuri tänään American Institute of Physicsin Review of Scientific Instruments -lehdessä julkaistussa artikkelissa kuvataan synteettistä kalaa, anturikalaa, joka on pieni putkimainen laite, joka on täytetty antureilla, jotka analysoivat fyysisiä rasituksia, joita kalat kokevat vesivoimalla toimivien patojen läpi kulkevien patojen läpi kulkevien ponnahduslauttojen aikana, ja joka tuottaa tietoa, joka on olennaista kaloille ystävällisempien patojen suunnittelemiseksi.