Mentre il pianeta continua a riscaldarsi, le sfide gemelle della diminuzione dell'approvvigionamento idrico e della crescente domanda di energia si intensificheranno. Ma acqua ed energia sono indissolubilmente legate. Ad esempio, quasi un quinto dell'energia della California va verso attività legate all'acqua, mentre più di un decimo dell'elettricità statale proviene dall'energia idroelettrica. Mentre la società cerca di adattarsi a una sfida, deve assicurarsi che non peggiori l'altro.

A tal fine, ricercatori dell'UC Santa Barbara, Il Lawrence Berkeley National Laboratory e l'UC Berkeley hanno sviluppato un quadro per valutare come i diversi adattamenti climatici possono avere un impatto su questo nesso acqua-energia. La loro ricerca appare nella rivista ad accesso aperto Lettere di ricerca ambientale .

"I sistemi di elettricità e acqua sono collegati in molti modi diversi, " ha detto il coautore Ranjit Deshmukh, un assistente professore nel dipartimento di studi ambientali. "Si prevede che il cambiamento climatico accentuerà questi collegamenti, quindi abbiamo presentato un quadro che mappa queste interdipendenze e ci consentirà di comprendere e quantificare i suoi impatti sul nesso energia-acqua".

Sebbene non sia il primo studio che esamina questi argomenti, richiede un approccio più sfumato rispetto ai documenti che sono venuti prima. "Ci sono state molte analisi su come il cambiamento climatico potrebbe influenzare separatamente i settori idrico ed energetico, ma quegli studi non guardavano in genere alle interazioni e ai feedback tra i due, " ha affermato l'autrice principale Julia Szinai della Climate and Ecosystem Sciences Division del Berkeley Lab. "Il nostro documento sviluppa un quadro generale che identifica come i cambiamenti climatici influenzano questi sistemi idrici ed elettrici accoppiati e potenziali adattamenti alle future lacune nella domanda e nell'offerta. In questo modo illustriamo compromessi e sinergie spesso trascurati nell'adattamento ai cambiamenti climatici".

Il framework utilizza l'analisi dei sistemi per identificare i maggiori potenziali fattori di stress climatico sui settori idrico ed energetico. Quantifica le azioni che saranno necessarie per adattarsi ai cambiamenti climatici, ed esamina i feedback che deriverebbero da queste azioni.

"Per esempio, il nostro quadro mostra come l'aumento delle temperature dovuto al cambiamento climatico aumenterà probabilmente la domanda di elettricità per l'aria condizionata e la domanda di acqua per l'irrigazione, " Ha spiegato Deshmukh. "Mentre la perdita di manto nevoso nelle Sierras e le precipitazioni variabili influenzeranno l'approvvigionamento idrico, non solo per uso urbano e agricolo, ma anche per la produzione di energia idroelettrica e il raffreddamento delle centrali termiche."

La California fa affidamento sul manto nevoso della Sierra Nevada per distribuire lentamente l'acqua nel corso dell'anno.

Il team ha applicato il framework sviluppato in California, che dipende dal manto nevoso per una buona parte della sua acqua e spende quantità significative di energia per trasportare l'acqua dal nord alla parte meridionale dello stato. Hanno esaminato molteplici strategie di adattamento nel settore idrico e hanno scoperto che alcune consumano molta energia, mentre altre possono effettivamente risparmiare sia acqua che energia.

I ricercatori hanno integrato i dati di una serie di studi frammentati per stimare la gamma complessiva di possibili futuri idrici ed energetici per lo stato in vari scenari climatici alla fine del secolo. La loro analisi ha scoperto che due fattori probabilmente domineranno gli impatti diretti del cambiamento climatico sul settore elettrico della California:maggiori carichi di aria condizionata e minore disponibilità di energia idroelettrica.

"Uno dei punti più importanti del documento è che adattare il nostro sistema idrico ai cambiamenti climatici può esacerbare in modo significativo lo stress della rete elettrica, o dall'altra parte, potrebbe aiutare ad alleviarlo, " ha detto il co-autore e scienziato del clima del Berkeley Lab Andrew Jones. "Se ci concentriamo sull'adattamento del sistema idrico utilizzando grandi trasferimenti di acqua attraverso i bacini, o utilizzando la desalinizzazione ad alta intensità energetica, questo renderà il problema dell'elettricità molto più difficile. Se, d'altra parte, adattiamo il sistema idrico conservando l'acqua, in realtà è una situazione vantaggiosa per tutti perché si riduce anche l'energia necessaria per l'acqua."

Attualmente, uno sbalorditivo 19% del consumo di elettricità della California va verso applicazioni legate all'acqua, come trattare, trasporto, pompaggio e riscaldamento. Inoltre, circa il 15% della produzione di elettricità nello stato proviene dall'energia idroelettrica.

Lo stato ha già visto alcuni impatti dei cambiamenti climatici sui suoi sistemi idrico-energetici. La siccità prolungata esacerbata dai cambiamenti climatici ha portato a picchi nel consumo di elettricità per il pompaggio delle acque sotterranee, e il corrispondente deficit di energia idroelettrica ha richiesto la sostituzione con combustibili fossili più sporchi.

Il team è certo che la crisi climatica avrà un enorme impatto sulle future forniture idriche dello stato. Detto ciò, l'effetto è selvaggiamente incerto. Nel peggiore dei casi, le riserve idriche disponibili potrebbero diminuire del 25%; però, potrebbero aumentare del 46%.

"Ci sono significative incertezze nelle proiezioni del modello climatico per le precipitazioni, " disse Deshmukh. "Ma a prescindere da queste incertezze, le misure di adattamento offrono significativi co-benefici." La conservazione dell'acqua farebbe risparmiare energia e denaro per i consumatori, e consentire un maggiore flusso nei corsi d'acqua e nei fiumi naturali dello stato.

Quando il team ha applicato il proprio framework allo scenario peggiore, hanno scoperto che la scelta delle strategie di adattamento più energivore nel settore idrico potrebbe comportare uno squilibrio energetico grande quanto quello causato direttamente dal cambiamento climatico.

"Penso che questo sia il primo studio a dimostrare che l'adattamento del settore idrico può avere un impatto sul settore elettrico tanto grande quanto l'effetto diretto del cambiamento climatico stesso, " ha detto Jones.

"Questo studio ha evidenziato il vantaggio di una pianificazione coordinata di adattamento tra i due settori, " ha aggiunto l'autore principale Szinai, "quindi ora stiamo collegando un modello di gestione delle risorse idriche più dettagliato e un modello di pianificazione dell'elettricità che può dimostrare percorsi resilienti per la costruzione di infrastrutture elettriche negli Stati Uniti occidentali quando gli impatti dei cambiamenti climatici sono inclusi nel settore idrico".

Deshmukh sta attualmente guidando un team per esplorare le connessioni tra energia, l'acqua e il clima quantificando gli impatti del cambiamento climatico sulle dighe idroelettriche e sulle centrali termiche in 12 paesi dell'Africa meridionale. Spera di identificare investimenti ottimali nelle infrastrutture elettriche.

"La California può scegliere come adattare il proprio settore idrico agli impatti del cambiamento climatico, " Ha dichiarato Deshmukh. "Lo stato può perseguire misure di adattamento climatico ad alta intensità energetica come la desalinizzazione o sviluppare un portafoglio di misure che massimizzano il potenziale di conservazione dell'acqua. I pianificatori e i responsabili delle politiche nei settori dell'acqua e dell'energia devono coordinare le loro azioni e i loro piani per adattarsi ai cambiamenti climatici".