L'energia idroelettrica è la prima fonte mondiale di energia rinnovabile, producendo un enorme 16% dell'approvvigionamento energetico globale. Ma l'energia idroelettrica non è priva di costi ambientali, in particolare quando si tratta di terreni annegati sotto i bacini idrici o inghiottiti da strade e linee elettriche costruite per un progetto idroelettrico. Ora, un team di ricercatori norvegesi ha sviluppato un modo innovativo per descrivere la quantità di terra necessaria per generare un kilowattora di elettricità dall'energia idroelettrica. L'obiettivo è rendere più facile per i responsabili politici e le imprese valutare i compromessi ambientali degli attuali impianti idroelettrici e coinvolti nell'investimento in nuovi impianti idroelettrici.

"Alcuni bacini idroelettrici possono sembrare naturali all'inizio. Tuttavia, sono influenzati dall'uomo, e se la terra è stata inondata per la loro creazione, questo può avere un impatto sugli ecosistemi terrestri, " disse Martin Dorber, un dottorando presso il programma di ecologia industriale dell'Università norvegese di scienza e tecnologia (NTNU).

C'è un ampio consenso sul fatto che aumentare la quantità di elettricità che il mondo ottiene da energie rinnovabili come l'energia idroelettrica è la chiave per combattere il cambiamento climatico globale. Il Gruppo intergovernativo di esperti sui cambiamenti climatici (IPCC) esamina questo problema in un rapporto speciale sulle fonti di energia rinnovabile e il cambiamento climatico. L'organizzazione afferma che i governi e l'industria devono includere le conseguenze ambientali a lungo termine dell'energia idroelettrica nei progetti attuali e futuri. Quel modo, possono identificare i compromessi ambientali che deriveranno dall'espansione della produzione di energia idroelettrica.

Dorber e i suoi colleghi Francesca Verones del programma di ecologia industriale di NTNU, e Roel May dell'Istituto norvegese per la ricerca sulla natura si sono resi conto di avere lo strumento perfetto per quantificare gli effetti ambientali della produzione di energia idroelettrica. È uno strumento di analisi chiamato Life Cycle Assessment (LCA). LCA offre ai ricercatori una metodologia per esaminare tutti gli impatti ambientali di un prodotto o processo durante il suo ciclo di vita. Ciò significa che iniziano proprio dall'inizio, dalla produzione dei componenti dell'articolo, a quando il prodotto o il processo è in creazione e in uso, ed infine a quando non è più in uso e riciclato o altrimenti smaltito. L'idea è di dare un'immagine del costo ambientale completo di qualcosa.

Come esempio, se dovessi condurre una valutazione del ciclo di vita di una lattina di birra, bisognerebbe sapere tutto a partire dai costi ambientali di estrazione della materia prima (bauxite), spedizione per essere trasformato in alluminio, la realizzazione della lattina stessa, e cosa serve per riciclarlo dopo che è stato utilizzato. È complicato, ma i ricercatori del programma di ecologia industriale di NTNU hanno perfezionato questo approccio per centinaia di prodotti e processi diversi.

Uno dei potenziali effetti ambientali dello sviluppo dell'energia idroelettrica è ciò che può fare alla biodiversità. Può alterare l'habitat d'acqua dolce, degradare la qualità dell'acqua, e modificare l'uso del suolo allagando il terreno per i bacini idrici, e dalla costruzione della diga e degli elettrodotti e delle strade di accesso di cui necessita il progetto. I ricercatori si sono resi conto che non sono ancora disponibili informazioni sufficienti per consentire all'LCA di valutare tutti questi impatti dell'energia idroelettrica, così hanno deciso di concentrarsi su una questione chiave:l'uso del suolo e il cambiamento di uso del suolo.

"L'uso del suolo e il cambiamento di uso del suolo sono una questione chiave, in quanto è uno dei maggiori fattori di perdita di biodiversità, perché porta alla perdita e al degrado dell'habitat per molte specie, "Dorber ha detto.

Laghi naturali in piena

Il primo passo per i ricercatori è stato quello di condurre quello che viene chiamato un inventario del ciclo di vita, calcolando quanta terra viene utilizzata per produrre un kilowattora di elettricità. Poiché la Norvegia è uno dei primi 10 produttori di energia idroelettrica al mondo, con oltre il 95% di tutta la produzione nazionale di energia idroelettrica, i ricercatori si sono resi conto che avevano bisogno di creare un inventario specifico per la Norvegia.

Ci sono database che tentano di fornire queste informazioni, ma il più grande di questi aveva solo informazioni sulla produzione di energia idroelettrica per la Svizzera e il Brasile. E nessuno dei database ha tenuto conto dell'area dell'acqua di un lago naturale che potrebbe essere stata inondata per creare il bacino idrico, hanno detto i ricercatori. "La maggior parte dei giacimenti idroelettrici norvegesi sono creati dal sequestro di laghi naturali, "Dorber ha detto. "Quindi, se applicassimo le informazioni dei database che non tengono conto dell'area dell'acqua di un lago naturale, ciò porterebbe a una grossolana sovrastima dell'impatto ambientale".

Il guaio è, ci sono poche informazioni disponibili sulle dimensioni dei laghi che sono stati inondati per creare i 1289 bacini idroelettrici norvegesi. Quindi i ricercatori hanno trovato un modo per stimare quali sarebbero state le dimensioni originali del lago, utilizzando immagini satellitari.

Fortunatamente, i ricercatori hanno avuto accesso a due eccellenti fonti di informazioni per fare le loro stime. Il primo riguardava le misurazioni delle aree effettive della superficie del serbatoio al loro livello idrico regolato più alto, fornito dalla direzione norvegese delle risorse idriche e dell'energia (NVE). Il secondo era gratuito, immagini satellitari scaricabili dal set di dati NASA-USGS Global Land Survey, dove hanno usato immagini dal 1972 al 1983 per la Norvegia. I ricercatori hanno anche utilizzato fotografie aeree, se necessario, da un portale Internet chiamato Norge i Bilder, che fornisce fotografie aeree per la Norvegia già nel 1937.

Le date delle immagini contano, perché i ricercatori dovevano essere in grado di vedere la terra prima che i progetti idroelettrici fossero costruiti. Ciò significava che potevano valutare solo le aree superficiali dell'acqua prima della costruzione della diga per le centrali idroelettriche costruite a partire dal 1937 per l'area coperta dalle fotografie aeree, e per le dighe costruite a partire dal 1972 per l'area coperta dalle foto Landsat. Di conseguenza, sono stati solo in grado di calcolare quanta terra è stata inondata per 184 bacini idroelettrici in totale.

Per una serie di ragioni, non sono stati in grado di utilizzare i dati per 77 serbatoi per i quali disponevano di informazioni sull'area territoriale. Alla fine, sono stati in grado di calcolare l'occupazione del suolo da parte dei bacini idrici che hanno fornito circa il 20 percento dell'elettricità idroelettrica media annua totale prodotta in Norvegia tra il 1981 e il 2010. abbiamo calcolato i valori di occupazione netta del suolo specifici del sito per l'inventario del ciclo di vita, "Dorber ha detto. "Anche se va oltre lo scopo di questo lavoro, il nostro approccio è un passo cruciale verso la quantificazione degli impatti della produzione di elettricità idroelettrica sulla biodiversità per l'analisi del ciclo di vita."

Dorber sottolinea che il loro approccio potrebbe essere utilizzato da altri paesi che volessero saperne di più sugli effetti dell'energia idroelettrica sull'ambiente, perché i dati Landsat coprono l'intero globo e sono disponibili gratuitamente. E quando hanno confrontato le informazioni norvegesi che hanno generato con le informazioni sull'energia idroelettrica che hanno avuto dalla Svizzera e dal Brasile, hanno visto quanto diversi siano gli effetti nei diversi paesi.

"L'occupazione media del suolo nel nostro studio in tutte le centrali idroelettriche che abbiamo esaminato è di 0,027 m2· anno/kWh ed è maggiore degli attuali 0,004 m2· anno/kWh nel database per la Svizzera, "Dorber ha detto. "Tuttavia, quando abbiamo aggiustato il valore dell'occupazione della terra per affrontare le incertezze, l'occupazione media rettificata del suolo (0,007 m2·anno/kWh) è inferiore alla nostra occupazione media del suolo (0,027 m2·anno/kWh) ed è quindi più vicina ai 0,004 m2·anno/kWh esistenti nel database Ecoinvent."

Sapere quanta terra era occupata quando è stata costruita una diga può anche aiutare a calcolare quanta acqua viene persa in media per evaporazione, che possono influenzare gli ecosistemi acquatici riducendo la quantità di acqua rilasciata dalla diga. E poiché la creazione di giacimenti idroelettrici porta ad un iniziale aumento delle emissioni di gas serra dovute alla decomposizione della materia organica che è stata inondata dal giacimento o scaricata nel giacimento, le informazioni possono essere utilizzate anche per calcolare il consumo netto di acqua e le emissioni nette di gas serra per l'inventario del ciclo di vita, ha detto Dorber.

"Abbiamo dimostrato che i dati del telerilevamento possono essere utilizzati per quantificare il cambiamento di uso del suolo causato dai bacini idroelettrici. Allo stesso tempo i nostri risultati mostrano che il cambiamento di uso del suolo differisce tra i bacini idroelettrici, "Dorber ha detto. "Pertanto, una valutazione del cambiamento dell'uso del suolo più specifica per i giacimenti è una componente chiave necessaria per quantificare i potenziali impatti ambientali in relazione ai giacimenti idroelettrici".