Utvecklingsländerna planerar att dramatiskt utöka produktionen av vattenkraft för att tillgodose sitt desperata behov av elektricitet och bevattning. Det är också ett strategiskt beslut att använda sina egna resurser. Näst efter kärnkraften när det gäller att tillhandahålla koldioxidsnål, långsiktigt tillförlitlig baslastproduktion är vattenkraft ett utmärkt sätt att öka energiproduktionen utan att inteckna ditt lands framtid till ett annat lands fossila bränsleleveranser.
Över sexhundra vattenkraftsdammar är för närvarande under uppbyggnad och över 3 000 planeras för den närmaste framtiden. De flesta av dessa anläggningar ligger i Asien och Latinamerika (Vox.com). Detta skulle fördubbla mängden vattenkraft i världen (se figuren nedan).
Denna mängd vattenkraft kommer att kräva cirka 3 biljoner dollar i investeringar och producera cirka 60 biljoner kilowattimmar el vid mitten av århundradet. Det skulle ge bevattningsvatten och tillräckligt med el för att lyfta nästan en miljard människor ur den yttersta fattigdomen. Och denna mängd vattenkraft skulle undvika att 50 miljarder ton koldioxidutsläpp hamnar i atmosfären.
Vem skulle inte älska detta?
Utvecklingsländerna planerar att dramatiskt utöka vattenkraftsproduktionen i deras… desperata behov av el och bevattning, och som ett strategiskt beslut att använda sina egna resurser för att tillhandahålla koldioxidsnål, långsiktigt tillförlitlig baslastproduktion. Men det finns dolda kostnader för planeten och många av dess medborgares försörjningsmöjligheter som måste mildras. Annars kommer vi att drabbas av fler oavsiktliga konsekvenser. Här visas McNary-dammen längs Columbiafloden på gränsen mellan Washington och Oregon. Källa: DOE EERE
Men det finns en annan sida av den här historien. En dramatisk utbyggnad av vattenkraft, särskilt i tropiska områden där många av dessa utvecklingsländer finns, kommer också att dramatiskt påverka flodekosystemen. Det finns till och med frågor om vattenkraftens koldioxidsnåla aspekter, även om de är överdrivna.
Sökandet efter billig kraft kan mycket väl komma att dämma upp de flesta viktiga floder på den här planeten.
Vattenkraftsdammar kan skada fiskarter i floderna, av vilka de flesta redan är utrotningshotade eller i riskzonen. Faktum är att sötvattenfiskar är en av de mest hotade grupperna av ryggradsdjur på jorden. Förlust av dessa fiskar, även lokalt, kan skada samhällen och ekonomier som är beroende av floden. Eftersom de flesta av dessa samhällen också är fattiga och upplever en snabb befolkningstillväxt, blir detta en dubbel skada.
Topp: Över sexhundra stora vattenkraftsdammar håller för närvarande på att byggas (blå punkter – 17 %) … och över 3 000 planeras för den närmaste framtiden (röda punkter – 83 %), främst i Asien och Latinamerika. En sådan ökning av vattenkraftverk skulle ge tillräckligt med bevattningsvatten och kraft för att lyfta nästan en miljard människor ur den yttersta fattigdomen och skulle undvika 50 miljarder ton koldioxidutsläpp vid mitten av århundradet. Notera att ingen planeras i USA eller Västeuropa, där de flesta befintliga kraftverken finns nu. Botten: Befintliga vattenkraftsdammar. Källa: Under fiskens första närmande till en vattenkraftsdamm ökar trycket i det allt djupare vattnet bakom dammen. Fisken går sedan in i ett dragrör eller simmar under en grind, där det sker en snabb dekompression och en vattenstöt. Hastigheten överstiger ofta den hastighet med vilken fisken kan behålla kontrollen över sin egen simning, vilket kastar dem runt och slår dem mot föremål, väggar eller andra fiskar. De blir slagna när de släpas genom systemet.
Slutligt kommer fisken in i floden nedströms från dammen där starka virvlar och våldsam blandning av olika vatten orsakar skjuvspänningar som kan slita av fjäll och fenor eller leda till döden.
Fysiska skador som uppstår till följd av snabba tryckförändringar benämns barometriskt trauma eller barotrauma (se figuren för barotrauma nedan). Snabb dekompression kan dra ut inre organ som tarmar, matstrupe, mage och simblåsor. Ögonen kan hoppa ut.
Tänk på Arnold Schwarzeneggers barotrauma i slutet av Total Recall när han kastades ut på Marsytan för att dö av dekompression i den tunna atmosfären.
Skador som drabbar fiskar som passerar vattenkraftverksdammar är bland annat att de slås mot föremål i det… våldsamma vattnet och barotrauma – tryckinducerad skada, t.ex. att en del av fiskens inre dras ut, vilket här ses som embolier (bubblor) i ögat på en ung Chinooklax när ögonen sprang ut. Vid snabb dekomprimering kan fiskens simblåsa, som används för att bibehålla flytförmågan, spricka och gasen kan tränga in i organ, vävnad och i detta fall ögat. Credit: PNNL Ecology Group
Svårighetsgraden av dessa skadliga effekter avgörs av:
– driftshöjden eller höjdskillnaden i vattnet framför och bakom dammen
– anläggningens utformning
– platsens hydrologi
– den individuella toleransen hos varje fiskart
Med vetskap om dessa effekter bör det vara möjligt för oss att utforma bättre fiskvänliga vattenkraftdammar. Detta ämne studeras nu på allvar.
Richard Brown och medarbetare vid Pacific Northwest National Laboratory studerar barotrauma noga. Brown konstaterar att simblåsor är ett särskilt vanligt målorgan eftersom det finns mycket luft i dem. Och de flesta fiskar har simblåsor. Två av de få undantagen är nejonögon och hagfish.
Arter som lax har en enda reproduktiv episod i floden innan de dör. Så det enda livsstadium som kan påverkas av passage nedströms är unga laxar. Andra fiskar, som öring, passerar turbiner mer än en gång när de vandrar tillbaka till havet efter lek och rör sig fram och tillbaka i floden.
En annan fråga, enligt Brown et al, 2014, gäller stora floder på översvämningsytor i Sydostasien, Sydamerika och Australien, där ägg- och larvdrift är en vanlig del av många fiskars liv och ökar sannolikheten för att stöta på dammar. Även i Nordamerika kan gös och störs ägg, larver och små yngel driva långa sträckor och deras bräcklighet gör dem mycket känsliga för barotrauma.
”Att förstå ekologin och tidpunkten för larvdrift, liksom tidpunkten för den första uppblåsningen av simblåsan i en fisks liv, kommer att vara avgörande för att förstå deras känslighet för barotrauma.”
Kunskap om dammarnas hydraulik och unga fiskars biologi, livscykler och utveckling kommer att möjliggöra en bättre utformning av vattenkraftsdammar. Turbiner kan modifieras för att undvika snabba, stora tryckförändringar. Detta kommer också att bidra till att minska slitaget på själva turbinerna. Alternativa vägar genom systemet för fisk, utan att mycket vatten leds om, kommer att göra det möjligt för fisken att bättre överleva denna handske.
Men begränsningsalternativ är dyra. Och man vet inte om utvecklingsländerna har råd med dem eller om de kommer att välja att genomföra dem. Längs vår egen Columbia River här i nordvästra Stilla havet har mer än 7 miljarder dollar spenderats sedan 1950 på försök att rädda laxarter genom att öka beståndet, bygga fiskvägar som stegar eller trappor, skärma av bevattningsavledningar, återställa livsmiljöer och ge laxen möjlighet att passera nedströms. Trots detta förlitar vi oss fortfarande på kläckeriproduktion längs floden för att rädda dessa arter från utrotning.
De nuvarande lösningarna i Förenta staterna har dock till stor del utvecklats för lax och kan kanske inte överföras väl till olika sötvattensarter på olika platser runt om i världen.
Dammar i tropiska områden innebär en annan utmaning än i tempererade zoner. Fiskar i många tropiska floder på översvämningsytor är anpassade till extraordinära förändringar mellan våta och torra säsonger. Reproduktion och tillväxt optimeras under den våta säsongen när enorma vattenflöden genererar lek-, uppväxt- och matningshabitat för både vuxna och unga fiskar.
Under den torra säsongen gör fullständig uttorkning eller generering av en rad skyddade bassänger det svårt att hitta överlevnadsdugliga habitat. I båda fallen är en hög konnektivitet mellan livsmiljöerna avgörande för att möjliggöra fri rörlighet för fisk inom och mellan livsmiljöer i floder och flodslätter.
Det är lätt att föreställa sig svårigheten med att utforma en vattenkraftsdamm i dessa ekosystem som kan bevara de korrekta säsongsmässiga våta och torra förhållandena och fungera samtidigt som den tillåter fri rörlighet mellan de olika livsmiljöerna.
Det är därför viktigt att vi i den utvecklade världen hjälper till att utbilda de regeringar som vill bygga vattenkraftsdammar och tillhandahålla nya fiskvänliga konstruktioner som, om de antas, skulle åtföljas av ekonomiska incitament från Världsbanken och Förenta nationerna.
Om världen ska fördubbla sin vattenkraftsproduktion är det bäst att vi gör den säker. Och det kan vi.
I annat fall kan kostnaderna för planeten och dess invånare bli större än vad vi har råd med.
Notis i efterhand: I en artikel som publicerades i dag i American Institute of Physics’ Review of Scientific Instruments beskrivs en syntetisk fisk, Sensor Fish, som är en liten rörformig anordning fylld med sensorer som analyserar de fysiska påfrestningar som fiskar utsätts för under denna gauntlet genom vattenkraftsdammar och som kommer att ge data som är viktiga för att kunna utforma mer fiskvänliga dammar.