Milieukosten van waterkracht

Waterkracht is een belangrijke energiebron in veel regio's van de wereld en levert 24% van de wereldwijde elektriciteitsbehoefte. Brazilië en Noorwegen vertrouwen bijna uitsluitend op waterkracht. In de Verenigde Staten wordt 7 tot 12% van alle elektriciteit geproduceerd door waterkracht; de staten die er het meest van afhankelijk zijn, zijn Washington, Oregon, Californië en New York.

Waterkracht versus waterkracht

Waterkracht is wanneer water wordt gebruikt om bewegende delen te activeren, die op hun beurt een molen, een irrigatiesysteem of een elektrische turbine kunnen bedienen (in dat geval kunnen we de term hydro-elektriciteit gebruiken). Meestal wordt hydro-elektriciteit geproduceerd wanneer water door een dam wordt tegengehouden, door een turbine naar beneden wordt geleid en vervolgens in de rivier beneden wordt vrijgegeven. Het water wordt zowel door de druk uit het reservoir erboven geduwd als door de zwaartekracht getrokken, en die energie spint een turbine gekoppeld aan een generator die elektriciteit produceert. De zeldzamere waterkrachtcentrales hebben ook een dam, maar er zit geen reservoir achter; turbines worden verplaatst door het rivierwater dat langs hen stroomt met de natuurlijke stroomsnelheid.

Uiteindelijk is de opwekking van elektriciteit afhankelijk van de natuurlijke watercyclus om het reservoir opnieuw te vullen, waardoor het een hernieuwbaar proces is zonder dat fossiele brandstoffen nodig zijn. Ons gebruik van fossiele brandstoffen gaat gepaard met een groot aantal milieuproblemen: de winning van olie uit teerzanden veroorzaakt bijvoorbeeld luchtvervuiling; fracking voor aardgas wordt geassocieerd met watervervuiling; het verbranden van fossiele brandstoffen veroorzaakt broeikasgasemissies die klimaatverandering veroorzaken. We zien daarom bronnen van hernieuwbare energie als schone alternatieven voor fossiele brandstoffen. Zoals alle energiebronnen, al dan niet hernieuwbaar, zijn er echter milieukosten verbonden aan hydro-elektriciteit. Hier is een overzicht van enkele van die kosten, samen met enkele voordelen.

Kosten

• Barrière voor vissen. Veel trekvissoorten zwemmen op en neer in rivieren om hun levenscyclus te voltooien. Anadrome vissen, zoals zalm, shad of Atlantische steur, gaan stroomopwaarts om te paaien, en jonge vissen zwemmen rivier af om de zee te bereiken. Catadrome vissen, zoals de Amerikaanse paling, leven in de rivieren totdat ze naar de oceaan zwemmen om te broeden, en de jonge palingen (elfen) terugkeren naar zoet water nadat ze uitkomen. Dammen blokkeren duidelijk de doorgang van deze vissen. Sommige dammen zijn uitgerust met visladders of andere apparaten om ze ongedeerd te laten passeren. De effectiviteit van deze structuren is vrij variabel maar verbetert.
• Veranderingen in overstromingsregime. Dammen kunnen grote, plotselinge hoeveelheden water bufferen na de lente smelt van zware regenval. Dat kan een goede zaak zijn voor stroomafwaartse gemeenschappen (zie Voordelen hieronder), maar het verhongert de rivier ook door een periodieke instroom van sediment en voorkomt dat de natuurlijke hoge stromen de rivierbedding regelmatig opnieuw tegenwerken, wat de habitat voor het waterleven vernieuwt. Om deze ecologische processen na te bootsen, geven autoriteiten periodiek grote hoeveelheden water langs de Colorado-rivier vrij, met positieve effecten op de inheemse vegetatie langs de rivier.
• Temperatuur- en zuurstofmodulatie. Afhankelijk van het ontwerp van de dam, stroomt water stroomafwaarts vaak uit de diepere delen van het reservoir. Dat water is dus het hele jaar door ongeveer dezelfde koude temperatuur. Dit heeft negatieve gevolgen voor het waterleven aangepast aan grote seizoensgebonden variaties in watertemperatuur. Evenzo kunnen lage zuurstofniveaus in vrijgekomen water stroomafwaarts het onderwaterleven doden, maar het probleem kan worden opgelost door lucht in het water bij de uitlaat te mengen. 
• Verdamping. Reservoirs vergroten het oppervlak van een rivier, waardoor de hoeveelheid water die verloren gaat aan verdamping toeneemt. In warme, zonnige regio's zijn de verliezen enorm: er gaat meer water verloren uit de verdamping van het reservoir dan voor huishoudelijk gebruik. Wanneer water verdampt, blijven opgeloste zouten achter, waardoor het zoutgehalte stroomafwaarts toeneemt en het waterleven wordt geschaad.
• Kwikvervuiling. Kwik wordt afgezet op vegetatie lange afstanden tegen de wind in van steenkoolcentrales. Wanneer nieuwe reservoirs worden gemaakt, wordt het kwik in de nu ondergedompelde vegetatie vrijgegeven en door bacteriën omgezet in methylkwik. Dit methylkwik wordt steeds geconcentreerder naarmate het hogerop komt in de voedselketen (een proces dat biomagnificatie wordt genoemd). Consumenten van roofvissen, inclusief mensen, worden vervolgens blootgesteld aan gevaarlijke concentraties van de giftige stof.
• Methaanemissies. Reservoirs raken vaak verzadigd met voedingsstoffen afkomstig van ontbindende vegetatie of nabijgelegen landbouwvelden. Deze voedingsstoffen worden verbruikt door algen en micro-organismen die op hun beurt grote hoeveelheden methaan vrijgeven, een krachtig broeikasgas. Dit probleem is nog niet voldoende bestudeerd om de ware omvang ervan te begrijpen.

Voordelen

• Flood control. Reservoirniveaus kunnen worden verlaagd in afwachting van zware regen of sneeuwsmelt, waardoor de gemeenschappen stroomafwaarts van gevaarlijke rivierniveaus worden gebufferd.
• Recreatie. Grote reservoirs worden vaak gebruikt voor recreatieve activiteiten zoals vissen en varen.
• Alternatief voor fossiele brandstoffen. Bij de productie van hydro-elektriciteit komt minder netto broeikasgassen vrij dan bij fossiele brandstoffen. Als onderdeel van een portfolio van energiebronnen maakt hydro-elektriciteit meer afhankelijkheid van binnenlandse energie mogelijk, in tegenstelling tot in het buitenland gewonnen fossiele brandstoffen op locaties met minder strenge milieuregels.

Enkele oplossingen

Omdat de economische voordelen van oudere dammen afnemen terwijl de milieukosten stijgen, hebben we een toename van de buitenbedrijfstelling en verwijdering van dammen gezien. Deze damverwijderingen zijn spectaculair, maar vooral laten ze wetenschappers toe om te observeren hoe natuurlijke processen langs de rivieren worden hersteld. 

Veel van de hier beschreven milieuproblemen houden verband met grootschalige waterkrachtprojecten. Er is een veelvoud aan zeer kleinschalige projecten (vaak 'micro-hydro' genoemd) waarbij oordeelkundig geplaatste kleine turbines laagvolumestromen gebruiken om elektriciteit te produceren voor een enkel huis of een buurt. Deze projecten hebben weinig impact op het milieu als ze goed zijn ontworpen.

Bronnen en verder lezen

• Filho, Geraldo Lucio Tiago, Ivan Felipe Silva dos Santos en Regina Mambeli Barros. "Kostenraming van kleine waterkrachtcentrales op basis van de aspectfactor." Hernieuwbare en duurzame energiebeoordelingen 77 (2017): 229-38. Afdrukken.
• Forsund, Finn R. "Waterkrachteconomie." Springer, 2007. 
• Hancock, Kathleen J en Benjamin K Sovacool. "Internationale politieke economie en hernieuwbare energie: waterkracht en de vloek van hulpbronnen." International Studies Review 20.4 (2018): 615-32. Afdrukken.
• Johansson, Per-Olov en Bengt Kriström. "Economie en sociale kosten van waterkracht." Umeå, Zweden: Afdeling Economie, Umeå University, 2018. Afdrukken.
• ---, eds. "Moderne kosten-batenanalyse van waterkrachtconflicten." Cheltenham, VK: Edward Elgar, 2011. 
• ---, eds. "De economie van het evalueren van waterprojecten: hydro-elektriciteit versus ander gebruik." Springer, 2012.