English
Wbrew często powielanym opiniom, elektrowni, które byłyby obojętne dla środowiska i zamieszkujących je organizmów, nie ma. O wielowymiarowej szkodliwości obiektów wykorzystujących paliwa kopalne napisano już tak wiele, że nie ma chyba potrzeby powtarzać tych informacji. Stosunkowo mało szkód robią niektóre elektrownie generujące energię z odnawialnych źródeł. Jednak nawet one mają turbiny, które okazują się zabójcze dla ptaków i nietoperzy w przypadku elektrowni wiatrowych oraz ryb w przypadku elektrowni wodnych. Wydaje się, że wbrew popularnej narracji, po przeliczeniu kosztów środowiskowych na jednostkę uzyskanej energii, najmniej uciążliwe są współczesne elektrownie jądrowe. Jednak z różnych względów nie są one w stanie zastąpić całkowicie innych źródeł.
Jak wspomniano wyżej, elektrownie wodne znane są z negatywnego wpływu na środowisko, który można najogólniej sprowadzić do fragmentacji siedlisk (bariery poprzeczne). Jest ona uważana przez biologów za główną przyczynę kryzysu różnorodności biologicznej. Można to oddziaływanie ograniczać, ale nie da się go wyeliminować. Wśród argumentów wysuwanych podczas dyskusji nad bilansem kosztów i korzyści, pojawia się stwierdzenie, że energetyka wodna ma przynajmniej tę zaletę, że jest bezemisyjna w zakresie gazów cieplarnianych. Jednak lista szkód jest tak długa, że można jej poświęcić niejeden artykuł. W tym skupię się na kwestii rzekomej bezemisyjności.
Energetyka wodna wykorzystuje energię potencjalną wody spadającej z wysokości. W niektórych przypadkach elektrownia może być hydrologicznie tożsama z wodospadem. Wymaga to jednak bardzo dużego, naturalnego spadku koryta rzeki, więc jest ograniczone do rejonów górskich. W większości przypadków spadek jest jednak niewystarczający dla potrzeb energetyki i wówczas stosuje się piętrzenie, które zmienia warunki hydrologiczne rzeki. Odcinek cieku o właściwościach lotycznych zamienia się w zbiornik zaporowy o właściwościach lenitycznych. Siedliska takie różnią się pod wieloma względami, także biogeochemicznymi. Woda stagnująca z reguły jest mniej natleniona, a to zmienia sposób rozkładu materii organicznej, w którego produktach udział metanu wzrasta kosztem udziału dwutlenku węgla.
Wody powierzchniowe zawsze są w jakimś stopniu źródłem metanu. Związek ten słabo rozpuszcza się w wodzie i nawet w warunkach lotycznych łatwo o jej przesycenie i przenikanie gazu do atmosfery. Według badań niemieckiego odcinka Łaby, w okresie letnim stężenie metanu w wodzie na całej jego długości sprawia, że rzeka jest jego emitentem. Jednak hydromorfologia nie jest tu obojętna – stężenie w wodzie, a w rezultacie również nad jej powierzchnią, jest największe przy jazach i w portach, a nawet przy ostrogach. Zależność stężenia metanu od szybkości przepływu wody jest odwrotnie proporcjonalna i przy spowolnionym przepływie stężenie jest dziesięciokrotnie wyższe niż w odcinkach szybciej płynących. W zbiornikach, do emisji drogą dyfuzji, dochodzi też ebulicja, czyli uwalnianie gazowych bąbli[1].
Sprawa jest znana nie tylko geochemikom. Przykładowo, w jesiennym numerze pisma „Energetyka Wodna” z 2019 r., w dziale „Ze świata”, redakcja umieściła notatkę o opublikowaniu nowego modelu obliczeniowego, który ma pomóc projektantom amazońskich elektrowni wodnych wybrać lokalizację rokującą możliwie niską emisję gazu[2].
Początkowo wydawało się, że problem ten dotyczy tylko regionów międzyzwrotnikowych. Pierwsze artykuły wskazujące zbiorniki zaporowe jako źródło emisji metanu i dwutlenku węgla zaczęły się pojawiać w pierwszej połowie lat 90., a ich przegląd podsumowali St. Louis i in. w 2000 r.[3] Wynikało z nich, że emisje, które są wyjątkowo niskie jak na warunki międzyzwrotnikowej Ameryki (średnia emisja to 300 mg·m−2·d−1), w strefie umiarkowanej przytrafiają się tylko rekordzistom (średnia emisja 20 mg·m−2·d−1). Zakładano wówczas, że na północy większy problem może pojawić się, gdy zbiornik powstanie przez zalanie torfowiska, ale w innych warunkach jest stosunkowo nieduży. Kolejne badania potwierdzały regułę, że tropikalne zbiorniki zaporowe są znaczącymi emitentami. Przykładowo, brazylijska elektrownia Curuá-Una na rzece o tej samej nazwie jeszcze kilkanaście lat po utworzeniu emitowała 3,6 razy więcej gazów cieplarnianych niż robiłaby to równie wydajna elektrownia opalana ropą naftową[4].
Jednak im więcej badań prowadzono na zbiornikach stref umiarkowanych, tym mniej oczywisty stawał się ten obraz. Przełomowe dla postrzegania roli pozatropikalnych zbiorników zaporowych w emisji metanu okazały się badania zbiornika Wohlen w Szwajcarii[5]. Zimą, przy temperaturze wynoszącej kilka stopni Celsjusza dyfuzja metanu rzeczywiście nie była zbyt duża (wielkości rzędu kilku mg·m−2·d−1), ale po przekroczeniu 10°C emisja gwałtownie (wykładniczo) wzrastała i nad zwykłą dyfuzją zaczęła dominować ebulicja. Ostatecznie średnioroczna emisja przekraczała 150 mg·m−2·d−1.To wciąż mniej niż wartości typowe dla obszarów międzyzwrotnikowych, ale wcale nie marginalne. Należy zauważyć, że zbiornik ten w czasie pomiarów miał już 90 lat, a więc wysokich wyników pomiarów nie można przypisać rozkładowi roślinności dopiero co zalanej doliny.
Niewiele brakowało, a miejsce jeziora Wohlen mogłoby zająć Jezioro Włocławskie. Rok przed publikacją DelSontro i współautorów w zeszycie „Teki Komisji Ochrony i Kształtowania Środowiska Przyrodniczego O.L. PAN” ukazał się artykuł polskich badaczy pod kierunkiem Trojanowskiej[6]. Przedstawiono w nim dane z czterech polskich zbiorników: Sulejowskiego, Turawskiego, Siemianówki i Włocławskiego. Ebulicja z dwóch pierwszych różni się o rząd wielkości, ale mieści się w wartościach typowych dla tej strefy klimatycznej – odpowiednio 4 i 42 mg·m−2·d−1. Wartość dla Siemianówki jest już o kolejny rząd wielkości wyższa, sięgając 401 mg m−2 d−1. W tym przypadku dałoby się to pewnie wytłumaczyć kompletnie nieprzemyślaną lokalizacją zbiornika na torfowisku, które miało stanowić rezerwuar wody pitnej (sic!). Warunkami nadzwyczajnymi nie da się jednak wytłumaczyć ebulicji z Jeziora Włocławskiego, która również przekracza 400 mg·m−2·d−1. Niestety artykuł ten został praktycznie niezauważony.
Od tego czasu publikowane są wyniki kolejnych badań i artykuły przeglądowe[7], z których wynika, że mniejsze zbiorniki zaporowe z reguły emitują mniej metanu w przeliczeniu na powierzchnię niż duże, co w lepszym świetle stawia małe elektrownie wodne. Zjawisko to odróżnia zbiorniki zaporowe od naturalnych, gdzie zwykle im mniejszy obiekt (oczko, staw), tym większa emisja na jednostkę powierzchni[8]. Oczywiście pojawiają się szacunki co do globalnej ilości emitowanego przez zbiorniki zaporowe metanu, a także dwóch innych niesyntetycznych gazów cieplarnianych, czyli dwutlenku węgla i podtlenku azotu. Ponieważ jednak szacunki te wraz z przyrostem danych się zmieniają, nie ma sensu ich teraz przytaczać.
Ostatecznie, w porównaniu z energetyką węglową, wodna może wydawać się czysta. Przykładowo, emisje równoważnika dwutlenku węgla ze zbiornika Tamy Trzech Przełomów w przeliczeniu na uzyskaną energię to zaledwie 1,7% emisji równie wydajnej elektrowni opalanej węglem[9], ale to wciąż, jak podaje Yang i współautorzy[10], stężenie 7,93 mg·m−2·d−1. A więc nazywanie jej bezemisyjną jest błędne.
Mając tę świadomość, można prowadzić dalszą dyskusję. Energetyka wodna nie jest bezemisyjna, ale być może można określać ją jako niskoemisyjną. Można rozważać, czy taki koszt jest akceptowalny, czy też nie.
Kolejnym aspektem dyskusji jest kwestia różnych skal cyklu obiegu węgla. Bez wątpienia okolicznością łagodzącą jest to, że emisje pozostają w tzw. krótkim obiegu węgla. Pomijając oczywiście sytuację, w której zbiornik zaporowy powoduje zniszczenie torfowiska. Pod tym względem spalanie paliw kopalnych ma dużo gorsze skutki, gdyż uwalnia do obiegu węgiel zgromadzony przed tysiącami (torf) lub milionami (gaz, ropa, węgiel kamienny) lat.
Należy przyznać, że pod względem emisji gazów cieplarnianych zbiorniki zaporowe do pewnego stopnia przypominają naturalne mokradła (w szerokim ujęciu, a więc cieki, jeziora, wody przybrzeżne i tereny podmokłe). W dyskusji należy więc uwzględnić, jak przekształcenie danej rzeki i jej doliny wpłynie na ogólne emisje i jaka będzie zmienność czasowa tego zjawiska. Przykładowo, w skali tysiącleci akumulacja węgla w gytii może przeważyć jego emisję. Rzecz w tym, że o ile w naturalnych jeziorach odkładanie gytii jest procesem stałym, w użytkowanych zbiornikach zaporowych proces ten jest postrzegany jako ich degradacja i odwracany na drodze odmulania. Ponadto, o ile w przypadku naturalnych jezior rozpatrywanie ich w skali tysiącleci ma sens (łącznie z przewidywaniem ich lądowacenia i przemianą w nadal gromadzące węgiel torfowiska), o tyle przyszłość zbiorników zaporowych jest mniej pewna. Pytanie też, na ile przewidywane za setki lat zyski w akumulacji węgla powinny być brane pod uwagę w sytuacji, kiedy dodatnie sprzężenia zwrotne powodują bezprecedensowy przyrost stężenia gazów cieplarnianych już teraz.
Zatem sprawa emisji gazów cieplarnianych towarzyszących generowaniu elektryczności z energii wodnej jest złożona, nie można jednak powiedzieć, że jest zupełnie neutralna pod tym względem.
W artykule korzystałem m.in. z prac:
[1] Bussmann I., Koedel U., Schütze C., Kamjunke N. i Koschorreck M. (2022). Spatial Variability and Hotspots of Methane Concentrations in a Large Temperate River. Frontiers in Environmental Science, 10, 833936. doi:10.3389/fenvs.2022.833936.
[2] Nowy model obliczeniowy pozwala wskazać najlepsze lokalizacje zapór w Amazonii. (2019). Energetyka Wodna, 3, 11.
[3] St. Louis V. L., Kelly C. A., Duchemin É., Rudd J. W. i Rosenberg D. M. (2000). Reservoir Surfaces as Sources of Greenhouse Gases to the Atmosphere: A Global Estimate. BioScience, 50(9), 766-775 . doi:10.1641/0006-3568(2000)050[0766:rsasog]2.0.co;2.
[4] Fearnside P. M. (2005). Do Hydroelectric Dams Mitigate Global Warming? The Case of Brazil’s Curuá-una Dam. Mitigation and Adaptation Strategies for Global Change, 10, 675–691. doi:10.1007/s11027-005-7303-7.
[5] DelSontro T., McGinnis D. F., Sobe S., Ostrovsky I. i Wehrli B. (2010). Extreme Methane Emissions from a Swiss Hydropower Reservoir: Contribution from Bubbling Sediments. Environmental Science & Technology, 44(7), 2419–2425. doi:10.1021/es9031369.
[6] Trojanowska A., Kurasiewicz M., Pleśniak Ł. i Jędrysek M. O. (2009). Emission Of Methane From Sediments Of Selected Polish Dam Reservoirs. Teka Komisji Ochrony i Kształtowania Środowiska Przyrodniczego O.L. PAN, 6, 368–373.
[7] Gibson L., Wilman E. N. i Laurance W. F. (2017). How Green is ‘Green’ Energy? Trends in Ecology and Evolution, 32(12), 922-935. doi:10.1016/j.tree.2017.09.007.
[8] Rosentreter J. A., Borges A. V., Deemer B. R., Holgerson M. A., Liu S., Song C., Eyre B. D. (2021). Half of global methane emissions come from highly variable aquatic ecosystem sources. Nature Geosience, 14, 225–230. doi:10.1038/s41561-021-00715-2.
[9] Zhao Y., Wu B. F. i Zeng Y. (2013). Spatial and temporal patterns of greenhouse gas emissions from Three Gorges Reservoir of China. 10(2), 1219–1230. doi:10.5194/bg-10-1219-2013
[10] Yang L., Lu F., Wang X., Duan X., Song W., Sun B., Zhou Y. (2013). Spatial and seasonal variability of diffusive methane emissions from the Three Gorges Reservoir. JGR Biogeoscience, 118, 471–481. doi:10.1002/jgrg.20049.
