意料之外: 全球水力發電增長會使氣候變化加劇

作者:Claire Salisbury

  • 多年以來, 人們都認為新式水利大壩不會排放溫室氣體。現在,全世界計劃建造或已在建大型水利工程(超過100兆瓦)847座,小型水利工程(超過1兆瓦)2853座,然而一項新的全球性研究則顯示,大壩水庫是溫室氣體的一項主要排放源。
  • 這項研究橫跨六大洲,觀測了267個水庫所排放的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)以及氮氧化物(N2O)。在全球范圍內,該研究的研究者們估計,與稻田種植或者生物燃燒相比,這些水庫排放了1.3%的人造溫室氣體。
  • 水庫排放目前並未算入聯合國政府間氣候變化專門委員會(UN IPCC)的排放評估之內,但研究人員們認為水庫排放應該被算入其內。事實上,在聯合國清潔發展機制(CDM)下,很多國家目前都符合獲得建造新的大壩所需的碳信用。
  • 該研究也提出了一個問題,即水利發電是否應該繼續算作一種綠色能源,亦或是水利發展需要滿足聯合國CDM的碳信用要求。
001
中國的千島湖,因上世紀50年代所建的新安江大壩而形成。一個國際性的研究發現,水庫的溫室氣體排放量是巨大的,在一座水庫建成最初的20年裡,甲烷佔其可能排放的溫室氣體中的90%。 照片:Bryan Ong on Flickr, under a Creative Commons CC BY-NC-ND 2.0 license

亞馬遜盆地到北方的森林,從湄公河到到喜馬拉雅山的山腳,在全球水利發電的熱潮中,全世界的河流都被用於建立新的水利大壩。而這些大壩也可以為激增的人口提供飲用水,方便定位地球上江河的位置。3700座新的大壩—其中847座功率超過100兆瓦——已被選定開始建造。

但是支持水利發電的一個強有力的論點是水利發電排放量在現在看來微乎其微。科學家們目前在編撰一份最全面的大壩水庫對全球氣候和溫室氣體排放的影響評估。但這並不是好消息。

國際上,研究者們預測,水庫—長期以來聯合國氣候項目認為其為“零排放”—已造成了1.3%的人造溫室氣體排放。 該研究作者寫道,這種程度的排放可與稻田種植或者生物質燃燒的排放量相比。

但是,即便有如此規模的排放,水庫排放目前也沒有被聯合國政府間氣候變化專門委員會(UN IPCC)算在評估之內。 事實上,在聯合國清潔發展機制下,很多國家目前都符合建造新的大壩所需的碳信用要求。該研究也提出了一個問題,即水利發電是否應該繼續算作一種綠色能源,亦或是需要滿足聯合國CDM的碳信用要求才可發展水利。

002
巴西特裡斯培裡思河(Teles Pires River)上,聖曼努埃爾大壩(São Manoel dam)正在施工,而在巴西,還有另外三座大壩已臨近竣工。 這些新的水利發電大壩同樣也是極富爭議的塔帕若斯河大壩水庫綜合體(Tapajos Complex of dams)的一部分,這個共同體意圖提供一個巨大的工業水路,將巴西下游內陸的大豆運往亞馬遜河、海岸以及中國。照片:International Rivers on Flickr, licensed under an Attribution-NonCommercial-ShareAlike 2.0 Generic (CC BY-NC-SA 2.0) license

大壩不是“不排放”

發表於BioScience 的一項研究著眼於六大洲中267座水庫的二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)和氮氧化物(N2O)的排放量。研究所包含的水庫總表面面積超過7,7287平方公裡(2,9841平方米)。這等同於全世界水庫面積的四分之一,全世界水庫總共佔30,5723平方公裡(11,8040平方米)——基本上是英國和愛爾蘭面積的總和。

“這項新研究証明水庫是甲烷的主要排放體,而甲烷是一種非常活躍的溫室氣體”,Kate Horner,全球河流組織執行總監補充道,水利大壩“已經不能再被當做是一種清潔綠色的電力來源了。”

該研究梳理了這三種氣體的相對排放量,所得出的一個重要的觀點是這些氣體對全球氣溫有著不同等級的影響。甲烷和氮氧化物的影響要比二氧化碳強許多倍,並且一旦這兩種氣體被排放到大氣中,它們的影響也會隨著時間的推移而不同。這兩種氣體的排放與短期和長期的排放政策內容息息相關。每度過一個100年的周期,甲烷對全球變暖的影響就會比二氧化碳超出30倍,氮氧化物的影響則會超出將近300倍。

但是該研究的作者也認為,為了快速控制全球變暖、達到巴黎協議所制定的全球排放量目標,所制定的未來20年氣候改變政策,與未來100年的氣候變化狀況其實並無太大干系。因為甲烷(氣體壽命大約10年)“比起二氧化碳(氣體壽命大約一世紀),在大氣中相對短壽,”研究作者寫道,甲烷“更有可能在短短20年的時間內造成全球變暖。”.”

事實上,在20年的時間范圍內,甲烷對氣候所造成的影響要比二氧化碳大86倍。重要的是,該研究發現,在過去20年裡,水庫所排放的溫室氣體中,90%是甲烷。

003
靠近加拿大班夫的一個水庫大壩 一項新的研究觀測了6大洲267座水庫所排放的氣體,發現甲烷、二氧化碳和氮氧化物共同組成了人造溫室氣體的1.3%。 照片:Rhett A. Butler / Mongabay

麻煩的氣泡

大約一半的甲烷以氣泡的形式被釋放到大氣中的:水庫中的沉澱物釋放出甲烷氣泡,隨后甲烷氣泡穿過整個水體上升到水庫表面。Tonya DelSontro,來自蒙特利爾的魁北克大學,該研究合著者之一,提到在水體中,甲烷被包在這些氣泡中,“這是甲烷到達大氣層最為直接的途徑,且不會與氧氣(發生反應)轉換成二氧化碳。”

考慮到甲烷的含量,測量甲烷的比重是精准預測水庫排放的重要組成,但這卻非常困難。我們很難去定位氣泡的位置,DelSontro解釋道,DelSontro在瑞士、贊比亞和加拿大都進行了針對水庫湖河排放的研究。

有各種各樣的因素會影響氣泡產生的時間和位置,以及研究人員檢測到他們的幾率,這些因素例如:靠近岸邊或靠近水流,水壓和氣壓。測量水庫排放氣體的方法也非常重要,因為很多常用技術會忽略氣泡的產生,例如讓液體沸騰。科學家們報告說,他們所調查的所有研究中,隻有一半的研究在檢測甲烷排放量時將氣泡也考慮其中——這意味著甲烷的排放量一直被人們所低估。

算上水體沸騰所產生的氣泡中的甲烷,這樣計算的水庫排放量估計值要平均比沒有算入氣泡中甲烷的估計值高出兩倍,但是甲烷氣泡的比重“也各不相同,其在全部甲烷通量(排放到大氣中的甲烷量)佔比從0到99.6%不等,”科學家們這樣寫道。 “這個事實突出了測量兩種形態的甲烷氣體,對預測從水庫表面釋放的甲烷通量是多麼的重要。”

004
巴西托坎廷斯河(Tocantins Rive)上的圖庫魯伊大壩(Tucuruí dam)泄洪道。 額外的排放量不在此研究考慮范圍之內,包括將水傾瀉入管道和泄洪道時所釋放的氣體。 科學家們認為,聯合國IPCC評估應該將水庫排放算上。 照片:courtesy of International Rivers on flickr under an Attribution-NonCommercial-ShareAlike 2.0 Generic (CC BY-NC-SA 2.0) license

水庫排放機制

是什麼決定了一座水庫排放多少溫室氣體?之前的研究還指出了緯度的重要性,建在熱帶的水庫——例如那些計劃或已在亞馬遜雨林 — 中建造的工程——都被算作是重點排放源。但是,最新的研究發現,位於中緯度地區的水庫排放的甲烷量同樣很高。緯度本身並不重要,重要的是甲烷排放最好通過水庫富含的養分來預測。

如果養分和有機物質——即能夠支撐微生物和藻類族群生存的物質——十分豐富,甲烷的排放量就會升高。 這在熱帶雨林的水庫中很常見,因為很多植被可能會在水庫第一次注水時就被淹沒。但是該研究的作者也指出了其它潛在的甲烷高排放源:在其它緯度上所建造的農業用地——養分和有機物可能會從集水區浸入水庫中。

新的研究也指出,水溫也是一項重要的影響因素,溫暖的水會促進微生物和藻類的活動。目前雖然尚不能確定水溫是如何造成全球氣溫升高的,但是研究者們警告到,更溫暖的全球大氣會加熱地球上的水庫,這可能會創造一個“潛在的、活躍的循環”。

DelSontro解釋道“未來氣候變化、人口壓力、農業擴張和其它用地改變會使進入到新鮮水質中的養分增加,因而會刺激繁殖(例如藻類爆發)並可能提高甲烷排放率。”大氣中含有更多的甲烷,就意味著氣候更加溫暖,而這會反過來增加水庫中的藻類和微生物,從而排放更多的溫室氣體,而這又會使得氣候變得更加溫暖。

該研究著重指出,還有其它中的排放途徑在計算水庫排放量時未被算入,而這也需要更多的研究。這些途徑包括“消落帶”所釋放的氣體(該地帶是指在水位波動時,反復干涸泛濫的地區);在水注入管道和泄洪道時“噴出”的氣體;森林的分解—這雖然是熱帶水庫排放的主要原因但尚沒有相關研究。

005
老撾的湄公河。大量的水壩已計劃或已在在湄公河極其支流上建造,即使這些大壩已造成對沿河社區、漁業、水族棲息地和水庫溫室氣體排放可能性造成不利影響。 照片:Rhett A. Butler / Mongabay

全球排放預算

該研究的作者們警告道,在未來幾十年裡,預計水庫地區面積將增加近兩倍,新水庫所帶來的好處需要仔細與建造這些水庫的成本相比較並細細權衡:全世界有847座大型(超過100兆瓦)和2853座小型(超過1兆瓦)水利工程目前計劃或已在建。

該研究的研究者們認為,因為在水庫建成最初20年裡,甲烷排放影響最大,因此水庫所排放的溫室氣體不應該再被全球政策所忽略,但不需要被納入“未來聯合國IPCC(政府間氣候變化委員會)的預算以及其它GHG(人造溫室氣體)排放清單上”。

Philip Fearnside,來自亞馬遜國家研究所,在2015年寫道“水電大壩在排放清單和緩解氣候變暖上的地位,都被從系統上忽視了,”這種現象急需廣而告之。

Horner還補充道“國際河流組織多年來都在支持將水庫排放加入國家溫室氣體清單中”,“並且IPCC在重新考慮排列這種名錄清單的方法時,不應該同意建造更多大壩了。”

Fearnside還強調了IPCC針對水庫排放的考量中的另一個遺漏:用地改變,例如砍伐森林,這通常會和大壩建設一同進行。 Horner提出了同樣的問題: “水利工程通常都會砍伐原始林地區,比如在亞馬遜、中非和東南亞的工程。該研究的發現較為保守,他們並沒有考慮由於額外伐木所造成的的大量排放。”

除了排放溫室氣體,還有其它大量對環境和社會的影響伴隨著大壩的發展接踵而來,正如我們在亞馬遜河湄公河以及其它地區所看到的:社區族群遭遷移水陸棲息地受到不可恢復的改變漁業受創遷徙路徑被封鎖以及水和養分循環被破壞

科學家們建議,如果大壩建在營養源的上游,或者大壩集水區的養分下降,那麼大壩排放所造成的某些影響就可以被緩解。在注水淹沒陸地之前清理植被也是另一種減少甲烷排放初始峰值的策略。但是,Horner也警告說,“被清理的微生物在被分解或被焚燒時,仍舊會排放二氧化碳,並且在水庫中沉積的有機物也會長期排放溫室氣體,這些都是不可避免的。”

006
Munduruku族的勇士聚集在一起,共同反對在亞馬遜塔帕諾斯盆地建造新大壩。除了排放溫室氣體,還有其它大量對環境和社會的負面影響伴隨著大壩的發展接踵而來,原住民和傳統社區遭遷移、水陸棲息遭到不可恢復的改變、漁業受創、遷徙路徑被封鎖以及水和養分循環被破壞。照片:Mauricio Torres

DelSontro正在魁北克湖進行的研究暗示了了解溫度和養分之間的互相作用對於精確溫室氣體排放預測值十分重要。“這些預估項是某些人,包括我自己在內,一直在尋找的東西,在面對全球環境變化的挑戰時,它們可以幫我們更好地預測會改變新鮮水體中溫室氣體含量的潛在因素。”

“水庫十分的特殊,雖然水利能夠提供‘清潔‘、‘綠色‘的能源,但是理解這些水體有排放溫室氣體的潛在可能性也非常重要,”她總結到。“因此,計劃中的水庫工程應該將潛在的溫室氣體排放也包含在環境評估內,記住,從自然生態系統釋放的氣體必須要納入考量之中。”

Horner對於新的水利大壩立場則更為強硬: “當風能和太陽能變得廉價且充足時,這種溫室氣體排放就不再合理了。”


引用:Bridget R. Deemer, John A. Harrison, Siyue Li, Jake J. Beaulieu, Tonya DelSontro, Nathan Barros, José F. Bezerra-Neto, Stephen M. Powers, Marco A. Dos Santos, and J. Arie Vonk (2016) Greenhouse Gas Emissions from Reservoir Water Surfaces: A New Global Synthesis. BioScience, 66: 949-964

 

文章取自:《Mongabay》
原文 | 譯文

Published by