Ontwikkelingslanden zijn van plan de opwekking van hydro-elektrische energie drastisch uit te breiden in hun wanhopige behoefte aan elektriciteit en irrigatie. Het is ook een strategische beslissing om hun eigen bronnen te gebruiken. Na kernenergie is waterkracht een uitstekende manier om de energieproductie te verhogen zonder de toekomst van je land te hypothekeren aan de fossiele brandstoffen van een ander land.
Er zijn momenteel meer dan zeshonderd hydro-elektrische stuwdammen in aanbouw en er zijn er meer dan 3000 gepland voor de nabije toekomst. De meeste van deze locaties bevinden zich in Azië en Latijns-Amerika (Vox.com). Dit zou een verdubbeling betekenen van de hoeveelheid waterkracht in de wereld (zie onderstaande figuur).
Deze hoeveelheid waterkracht zal ongeveer $3 triljoen aan investeringen vergen en ongeveer 60 triljoen kWhs aan elektriciteit produceren tegen het midden van de eeuw. Het zou irrigatiewater opleveren en voldoende stroom om bijna een miljard mensen uit de bittere armoede te halen. En zoveel waterkracht zou voorkomen dat 50 miljard ton koolstofemissies in de atmosfeer terechtkomt.
Wie zou dit niet geweldig vinden?
Ontwikkelingslanden zijn van plan de opwekking van waterkracht drastisch uit te breiden in hun… wanhopige behoefte aan elektriciteit en irrigatie, en als een strategisch besluit om hun eigen hulpbronnen te gebruiken om koolstofarme, op lange termijn betrouwbare basisbelasting op te wekken. Maar er zijn verborgen kosten voor de planeet en veel van de bestaansmiddelen van haar burgers die moeten worden verzacht. Anders staan ons nog meer onbedoelde gevolgen te wachten. Hier ziet u de McNary-dam langs de Columbia-rivier op de grens van Washington en Oregon. Bron: DOE EERE
Maar er is nog een andere kant aan dit verhaal. Een dramatische uitbreiding van waterkracht, vooral in tropische gebieden waar veel van deze ontwikkelingslanden zich bevinden, zal ook dramatische gevolgen hebben voor de ecosystemen van rivieren. Er zijn zelfs vragen over de koolstofarme aspecten van waterkracht, hoewel die overdreven zijn.
Het zoeken naar goedkope stroom zou wel eens de meeste belangrijke rivieren op deze planeet kunnen afdammen.
Hydro-elektrische dammen kunnen schade toebrengen aan riviervissoorten, waarvan de meeste al bedreigd zijn of gevaar lopen. In feite zijn zoetwatervissen een van de meest bedreigde groepen gewervelde dieren op aarde. Het verlies van deze vissen, zelfs plaatselijk, kan schade toebrengen aan samenlevingen en economieën die afhankelijk zijn van de rivier. Aangezien de meeste van deze samenlevingen ook arm zijn en een snelle bevolkingsgroei doormaken, wordt dit een dubbele ramp.
Top: Meer dan zeshonderd grote hydro-elektrische dammen zijn momenteel in aanbouw (blauwe stippen – 17%)… en meer dan 3000 zijn er gepland voor de nabije toekomst (rode stippen – 83%), voornamelijk in Azië en Latijns-Amerika. Een dergelijke groei in waterkracht zou genoeg irrigatiewater en stroom leveren om bijna een miljard mensen uit de bittere armoede te halen en zou tegen het midden van de eeuw 50 miljard ton koolstofuitstoot voorkomen. Merk op dat er geen plannen zijn in de Verenigde Staten of West-Europa, waar de meeste bestaande centrales zich nu bevinden. Onderaan: Bestaande hydro-elektrische dammen. Bron: Christiane Zarfl et al, Aquatic Sciences (DOI: 10.1007/s00027-014-0377-0)
Tijdens de eerste nadering van vissen tot een hydro-dam, neemt de druk toe in het dieper wordende water achter de dam. De vis komt dan in een trekbuis of zwemt onder een hek door, waar er een snelle decompressie en waterstoot plaatsvindt. De snelheid is vaak groter dan de snelheid waarmee de vissen hun eigen zwemmen onder controle kunnen houden, waardoor ze in het rond worden geslingerd en tegen voorwerpen, muren of andere vissen botsen. Ze worden door het systeem meegesleurd en krijgen een pak slaag.
Ten slotte komt de vis stroomafwaarts van de dam in de rivier terecht, waar sterke wervelingen en een heftige menging van verschillende soorten water schuifspanningen veroorzaken die schubben en vinnen kunnen afscheuren of de dood tot gevolg kunnen hebben.
De fysieke schade als gevolg van snelle drukveranderingen wordt barometertrauma of barotrauma genoemd (zie de figuur van barotrauma hieronder). Bij snelle decompressie kunnen inwendige organen zoals de ingewanden, de slokdarm, de maag en de zwemblazen eruit worden getrokken. Hun ogen kunnen eruit springen.
Denk aan het barotrauma van Arnold Schwarzenegger aan het eind van Total Recall toen hij op het Martiaanse oppervlak werd gegooid om te sterven door decompressie in de ijle atmosfeer.
Vissen die hydro-elektrische stuwdammen passeren, lopen onder meer verwondingen op doordat ze tegen objecten in het… gewelddadige water worden geslagen en door barotrauma – schade die door druk wordt veroorzaakt, zoals het naar buiten trekken van een deel van het inwendige van de vis, hier te zien als emboli (belletjes) in het oog van een jonge Chinook-zalm terwijl zijn ogen naar buiten komen. Bij snelle decompressie kan de zwemblaas van de vis, die wordt gebruikt om het drijfvermogen te behouden, scheuren en kan het gas de organen, het weefsel, en in dit geval het oog, binnendringen. Credit: PNNL Ecology Group
De ernst van deze schadelijke effecten wordt bepaald door:
– de opvoerhoogte of het hoogteverschil in het water voor en achter de dam
– het ontwerp van de installatie
– de hydrologie van de plaats
– de individuele tolerantie van elke vissoort
Weten wat deze effecten zijn moet ons in staat stellen om betere visvriendelijke hydrodammen te ontwerpen. Dit onderwerp wordt nu serieus bestudeerd.
Richard Brown en zijn medewerkers van het Pacific Northwest National Laboratory bestuderen barotrauma van nabij. Brown merkt op dat zwemblazen een bijzonder doelorgaan zijn, omdat er veel lucht in zit. En de meeste vissen hebben zwemblazen. Twee van de weinige uitzonderingen zijn lampreien en slijmprikken.
Soorten zoals zalm hebben een enkele voortplantingsperiode in de rivier voordat ze sterven. De enige levensfase die door de stroomafwaartse passage kan worden beïnvloed, is dus de jonge zalm. Andere vissen, zoals forel, passeren turbines meer dan eens als ze na het paaien terug migreren naar de oceaan en heen en weer bewegen binnen de rivier.
Een ander probleem, volgens Brown et al, 2014, betreft grote overstromingsrivieren in Zuidoost-Azië, Zuid-Amerika en Australië, waar drift van eieren en larven een normaal onderdeel is van het leven van veel vissen en de kans op het tegenkomen van dammen vergroot. Zelfs in Noord-Amerika kunnen eieren, larven en kleine juvenielen van walleye en steur over lange afstanden drijven en hun broosheid maakt ze zeer vatbaar voor barotrauma.
“Inzicht in de ecologie en timing van de drift van larven, evenals het tijdstip waarop de zwemblaas voor het eerst wordt opgeblazen in het leven van een vis, zal van cruciaal belang zijn om hun gevoeligheid voor barotrauma te begrijpen.”
Met kennis van de hydraulica van de dammen en de biologie, levenscycli en ontwikkeling van jonge vis, kunnen hydro-elektrische dammen beter worden ontworpen. Turbines kunnen worden aangepast om snelle, grote drukveranderingen te voorkomen. Dit zal ook de slijtage van de turbines zelf helpen verminderen. Alternatieve routes door het systeem voor de vissen, zonder veel water om te leiden, zullen de vissen in staat stellen om deze gauntlet beter te overleven.
Maar mitigatie-opties zijn duur. En het is niet bekend of ontwikkelingslanden zich die kunnen veroorloven of ervoor zullen kiezen ze toe te passen. Langs onze eigen Columbia-rivier hier in het noordwesten van de Stille Oceaan is sinds 1950 meer dan 7 miljard dollar uitgegeven aan pogingen om zalmsoorten te redden door de visstand te vergroten, vistrappen zoals ladders of trappen aan te leggen, irrigatieomleidingen af te schermen, habitats te herstellen en stroomafwaarts doorgang te verlenen. Toch zijn we nog steeds afhankelijk van broedhuizen langs de rivier om deze soorten voor uitsterven te behoeden.
De huidige oplossingen in de Verenigde Staten zijn echter grotendeels ontwikkeld voor zalm, en zijn wellicht niet goed overdraagbaar op verschillende zoetwatersoorten op verschillende plaatsen in de wereld.
Dammen in tropische gebieden vormen een andere uitdaging dan gematigde zones. Vissen in veel tropische uiterwaarden zijn aangepast aan buitengewone veranderingen tussen natte en droge seizoenen. Voortplanting en groei zijn optimaal tijdens het natte seizoen wanneer enorme waterstromen paai-, kinderkamer- en voedselhabitat genereren voor zowel volwassen als jonge vissen.
Tijdens het droge seizoen maakt het volledig opdrogen of het ontstaan van een reeks vluchtbassins het vinden van overleefbare habitat moeilijk. In beide gevallen is een hoge connectiviteit van habitats van cruciaal belang om vrij verkeer van vissen binnen en tussen rivier- en uiterwaardhabitats mogelijk te maken.
Het is gemakkelijk voor te stellen hoe moeilijk het is om in deze ecosystemen een hydro-elektrische dam te ontwerpen die de juiste seizoensgebonden natte en droge omstandigheden kan handhaven en tegelijkertijd vrij verkeer tussen de verschillende habitats mogelijk maakt.
Daarom is het van essentieel belang dat wij in de ontwikkelde wereld de regeringen helpen die hydro-elektrische dammen willen bouwen en zorgen voor nieuwe visvriendelijke ontwerpen die, als ze worden aangenomen, economische stimulansen zullen krijgen van de Wereldbank en de Verenigde Naties.
Als de wereld zijn hydro-elektrische productie wil verdubbelen, kunnen we het maar beter veilig maken. En dat kunnen we.
Of anders kunnen de kosten voor de planeet en haar bewoners groter zijn dan we ons kunnen veroorloven.
Post-post note: Een artikel dat net vandaag is gepubliceerd in de American Institute of Physics’ Review of Scientific Instruments, beschrijft een synthetische vis, de Sensor Fish, dat is een klein buisvormig apparaat gevuld met sensoren die de fysieke spanningen analyseren die vissen ondervinden tijdens deze gauntlet door hydro-elektrische dammen en zal gegevens opleveren die essentieel zijn voor het ontwerpen van meer visvriendelijke dammen.