A fejlődő országok a vízenergia-termelés drasztikus bővítését tervezik, mivel kétségbeesett szükségük van villamos energiára és öntözésre. Ez egyben stratégiai döntés is, hogy saját erőforrásaikat használják fel. A vízenergia az atomenergia után a második helyen áll az alacsony szén-dioxid-kibocsátású, hosszú távon megbízható alapterhelésű termelés biztosításában, így a vízenergia kiváló módja az energiatermelés növelésének anélkül, hogy az ország jövőjét egy másik ország fosszilis tüzelőanyag-ellátására tenné fel jelzálogként.
Jelenleg több mint hatszáz vízerőmű építése van folyamatban, és a közeljövőben több mint háromezer vízerőmű építését tervezik. Ezek többsége Ázsiában és Latin-Amerikában található (Vox.com). Ez megduplázná a vízenergia mennyiségét a világon (lásd az alábbi ábrát).
Ez a mennyiségű vízenergia körülbelül 3 billió dollárnyi beruházást igényel, és a század közepére körülbelül 60 billió kWhs villamos energiát termel. Ez öntözővizet és elegendő energiát biztosítana ahhoz, hogy majdnem egymilliárd embert kiemeljen a mélyszegénységből. És ez a sok vízenergia elkerülné, hogy 50 milliárd tonna szén-dioxid-kibocsátás kerüljön a légkörbe.
Ki ne örülne ennek?
A fejlődő országok a vízenergia-termelés drasztikus bővítését tervezik… kétségbeesett villamosenergia- és öntözési szükségleteik miatt, valamint stratégiai döntésként, hogy saját erőforrásaikat használják fel az alacsony szén-dioxid-kibocsátású, hosszú távon megbízható alapterhelésű termelés biztosítására. De vannak rejtett költségek a bolygó és sok polgár megélhetése számára, amelyeket mérsékelni kell. Különben még több nem kívánt következménynek nézünk elébe. A képen látható McNary gát a Columbia folyó mentén, a Washington-Oregon határon. Forrás: Naryn McNarnary: DOE EERE
De a történetnek van egy másik oldala is. A vízerőművek drámai kiterjesztése, különösen a trópusi régiókban, ahol sok ilyen fejlődő ország található, szintén drámai hatással lesz a folyók ökoszisztémáira. Még a vízenergia alacsony szén-dioxid-kibocsátási szempontjai is megkérdőjeleződnek, bár ezek túlzóak.
Az olcsó energia keresése miatt a bolygó legtöbb fontos folyóját el lehet gátolni.
A vízenergia-gátak károsíthatják a folyami halfajokat, amelyek többsége már most is veszélyeztetett vagy veszélyeztetett. Valójában az édesvízi halak a gerincesek egyik legveszélyeztetettebb csoportja a Földön. Ezeknek a halaknak az elvesztése, akár csak helyileg is, károsíthatja a folyótól függő társadalmakat és gazdaságokat. Mivel e társadalmak többsége egyben szegény is, és gyors népességnövekedéssel küzd, ez kettős csapássá válik.
Top: Jelenleg több mint hatszáz nagy vízerőmű építése van folyamatban (kék pontok – 17%)… és több mint 3000-et terveznek a közeljövőben (piros pontok – 83%), főként Ázsiában és Latin-Amerikában. A vízerőművek ilyen mértékű növekedése elegendő öntözővizet és energiát biztosítana ahhoz, hogy közel egymilliárd embert emeljen ki a mélyszegénységből, és az évszázad közepére 50 milliárd tonna szén-dioxid-kibocsátást kerülne el. Vegyük észre, hogy az Egyesült Államokban és Nyugat-Európában, ahol jelenleg a legtöbb vízerőmű található, nem terveznek egyet sem. Alul: Meglévő vízerőművek. Forrás: (DOI: 10.1007/s00027-014-0377-0)
A halak kezdeti közeledése során egy vízgáthoz a nyomás megnő a gát mögött mélyülő vízben. A halak ekkor belépnek egy szívócsőbe, vagy átúsznak egy kapu alatt, ahol gyors dekompresszió és vízfelhajtás következik be. A sebesség gyakran meghaladja azt a sebességet, amellyel a halak képesek saját úszásukat kontroll alatt tartani, ami megdobja őket, és tárgyaknak, falaknak vagy más halaknak ütközik. A halakat szétverik, miközben végighúzzák őket a rendszeren.
A halak végül a gát alatti folyóba kerülnek, ahol az erős örvények és a különböző vizek erőszakos keveredése olyan nyírófeszültségeket okoz, amelyek letéphetik a pikkelyeket és az uszonyokat, vagy halált okozhatnak.
A gyors nyomásváltozásokból eredő fizikai károsodást barometrikus traumának vagy barotraumának nevezik (lásd a barotrauma ábrát alább). A gyors dekompresszió kihúzhatja a belső szerveket, például a beleket, a nyelőcsövet, a gyomrot és az úszóhólyagokat. A szemük is kipattanhat.
Gondoljunk csak Arnold Schwarzenegger barotraumájára a Total Recall végén, amikor a Mars felszínére dobták, hogy a vékony légkörben a dekompressziótól meghaljon.
A vízerőművek gátjain áthaladó halak sérülései közé tartozik a… heves vízben lévő tárgyaknak való nekicsapódás és a barotrauma – a nyomás okozta sérülés, például a hal belsejének egy részének kihúzódása, itt látható embóliaként (buborékok) egy fiatal kínai lazac szemében, amikor a szemei kipukkadnak. Gyors nyomáscsökkenés esetén a hal úszóhólyagja, amelyet a felhajtóerő fenntartására használnak, megrepedhet, és a gáz bejuthat a szervekbe, szövetekbe, és ebben az esetben a szembe. Credit: PNNL Ecology Group
A káros hatások súlyosságát a következők határozzák meg:
– a gát előtti és mögötti vizek üzemi magassága vagy magasságkülönbsége
– az erőmű kialakítása
– a helyszín hidrológiája
– az egyes halfajok egyéni tűrőképessége
Ezek a hatások ismeretében lehetővé kell tennünk a halbarát vízgátak tervezését. Ezt a témát most komolyan tanulmányozzák.
Richard Brown és munkatársai a Pacific Northwest National Laboratoryban alaposan tanulmányozzák a barotraumát. Brown megjegyzi, hogy az úszóhólyag különösen gyakori célszerv, mivel sok levegő van benne. És a legtöbb halnak van úszóhólyagja. A kevés kivételek közül kettő a lámpáshalak és a süllőhalak.
A lazacokhoz hasonló fajoknak egyetlen szaporodási epizódjuk van a folyóban, mielőtt elpusztulnak. Tehát az egyetlen életszakasz, amelyre hatással lehet a folyásirányú átkelés, az a fiatal lazac. Más halak, például a pisztrángok többször is áthaladnak a turbinákon, mivel az ívás után visszavándorolnak az óceánba, és a folyón belül oda-vissza mozognak.
A másik probléma Brown et al, 2014 szerint a nagy árterületi folyókat érinti Délkelet-Ázsiában, Dél-Amerikában és Ausztráliában, ahol az ikrák és lárvák sodródása sok hal életének gyakori része, és növeli a gátakkal való találkozás valószínűségét. A süllők és tokhalak ikrái, lárvái és kis ivadékai még Észak-Amerikában is nagy távolságokra sodródhatnak, és törékenységük miatt rendkívül érzékenyek a barotraumára.
“A lárvák sodródásának ökológiájának és időzítésének, valamint a halak életében az úszóhólyag első felfújásának időpontjának megértése döntő fontosságú lesz a barotraumára való fogékonyságuk megértésében.”
A gátak hidraulikájának és a fiatal halak biológiájának, életciklusának és fejlődésének ismerete lehetővé teszi a vízerőművek jobb tervezését. A turbinákat úgy lehet módosítani, hogy elkerüljék a gyors, nagy nyomásváltozásokat. Ez segít csökkenteni maguknak a turbináknak a kopását is. A halak alternatív útvonalai a rendszeren keresztül, sok víz elterelése nélkül, lehetővé teszik a halak számára, hogy jobban túléljék ezt a vesszőfutást.
Az enyhítési lehetőségek azonban drágák. És nem tudni, hogy a fejlődő országok megengedhetik-e maguknak ezeket, vagy döntenek-e a megvalósításuk mellett. A mi Columbia folyónk mentén, itt a Csendes-óceán északnyugati részén 1950 óta több mint 7 milliárd dollárt költöttek a lazacfajok megmentésére az állománygyarapítással, halátjárók, például létrák vagy lépcsők építésével, öntözővíz-elvezetések szűrésével, élőhelyek helyreállításával és a folyásirányban való átkelés biztosításával. Még így is a folyók mentén történő keltetéses termelésre támaszkodunk, hogy megmentsük ezeket a fajokat a kihalástól.
Az Egyesült Államokban jelenleg alkalmazott megoldások azonban nagyrészt a lazacra lettek kifejlesztve, és nem biztos, hogy jól átvihetők a világ különböző helyein élő különböző édesvízi fajokra.
A trópusi régiókban lévő gátak más kihívást jelentenek, mint a mérsékelt égövi övezetekben. Sok trópusi árterületi folyó halai alkalmazkodtak a nedves és száraz évszakok közötti rendkívüli változásokhoz. A szaporodás és a növekedés az esős évszakban optimális, amikor a hatalmas vízhozamok ívó-, ivadéknevelő és táplálkozó élőhelyet teremtenek mind a kifejlett, mind az ivadék halak számára.
A száraz évszakban a teljes kiszáradás vagy a menedéktározók sorozatának kialakulása megnehezíti a túlélhető élőhely megtalálását. Mindkét esetben az élőhelyek nagyfokú összekapcsolhatósága kritikus fontosságú ahhoz, hogy a halak szabadon mozoghassanak a folyó és az árterületi élőhelyeken belül és között.
Ezekben az ökoszisztémákban könnyen elképzelhető, hogy milyen nehéz olyan vízerőművet tervezni, amely képes megőrizni a megfelelő szezonális nedves és száraz állapotokat, és úgy működik, hogy közben lehetővé teszi a szabad mozgást a különböző élőhelyek között.
Elkerülhetetlen tehát, hogy mi, a fejlett világban segítsünk felvilágosítani azokat a kormányokat, amelyek vízerőműveket akarnak építeni, és új, halbarát terveket kínáljunk, amelyek elfogadása esetén a Világbank és az ENSZ gazdasági ösztönzőkkel járna.
Ha a világ meg akarja duplázni a vízerőművek termelését, jobb, ha biztonságossá tesszük azt. És ezt meg is tudjuk tenni.
Máskülönben a bolygó és lakói számára a költségek nagyobbak lehetnek, mint amit megengedhetünk magunknak.
Utóirat: Az Amerikai Fizikai Intézet Review of Scientific Instruments című folyóiratában éppen ma megjelent tanulmány egy szintetikus halat, a Sensor Fish-t írja le, amely egy olyan érzékelőkkel teli kis csőszerű eszköz, amely elemzi a fizikai terhelést, amelyet a halak a vízerőművek gátjain való átkelés során tapasztalnak, és amely a halbarátabb gátak tervezéséhez szükséges adatokat szolgáltatja.