Stauseen stossen Treibhausgase aus

Mit einem Anteil von etwa 16% an der globalen Stromproduktion ist die Wasserkraft gegenwärtig die wichtigste erneuerbare Quelle für Elektrizität. Die Industriestaaten haben ihr so genanntes hydroelektrisches Potential bereits stark ausgebaut. In anderen Teilen der Welt ist der Ausbau der Wasserkraft im Gange: Zum Beispiel am Nil, am Sambesi, am Amazonas und am Mekong sind viele neue Anlagen im Bau oder in Planung. Solche Staudämme können unerwünschte soziale und ökologische Nebenwirkungen haben, welche von der Umsiedlung ganzer Dörfer, über den Kollaps von Fischbeständen bis hin zu erhöhter Küstenerosion reichen. Trotzdem wird Wasserkraft generell als «grüne Energie» betrachtet.

Die Ökobilanz eines Wasserkraftwerks sollte jedoch die zusätzliche Emission von Kohlendioxid und Methangas berücksichtigen, welche durch den Bau und Betrieb eines Stausees entstehen.

Klimawirksames Methan gelangt in die Atmosphäre

Wegen seiner geringen Wasserlöslichkeit und der grossen Klimawirksamkeit steht vor allem das Methangas im Zentrum des Interesses. Dieses Gas kann bei der Stromproduktion mit Wasserkraft auf drei verschiedenen Wegen in die Atmosphäre gelangen: In Stauseen wird das Gas von Mikroorganismen in Sedimentablagerungen produziert. Es gelangt aus den Sedimenten via Diffusion zuerst ins Wasser, und von dort langsam in die Atmosphäre. Im Wasser kann zumindest ein Teil des Gases durch Bakterien auch in Kohlendioxid umgewandelt werden.

In grösseren Stauseen reichert sich das gelöste Gas in der Tiefe an und wird danach via Turbinen an den Fluss zurückgegeben, wo es über einen zweiten, indirekten Weg schneller in die Atmosphäre entweicht. Diese beiden Vorgänge der Methanfreisetzung lassen sich relativ gut analysieren und modellieren, weil sie überall recht gleichmässig verlaufen.

Sehr grosse Methanmengen können über einen dritten Emissionsweg freigesetzt werden: Wenn an einer Flussmündung sehr viele organische Partikel abgelagert werden, dann wird eine derart hohe Methankonzentration aufgebaut, dass sich Gasblasen bilden. Ähnlich wie in einem Bierglas perlen die Gasbläschen an die Oberfläche. Weil solche Blasenströme jedoch zeitlich und räumlich sehr variabel vorkommen, hat man sie bisher oft unterschätzt.

Globale Abschätzung

In einer kürzlich veröffentlichten globalen Übersicht mit Daten aus 85 Stauhaltungen haben Barros und Kollegen (siehe Literaturhinweise) hochgerechnet, dass die hydroelektrischen Anlagen jährlich ca. 275 Millionen Tonnen CO2-Equivalente pro Jahr freisetzen. Bezogen auf die globale Stromproduktion setzt Wasserkraft knapp 100 kg CO2 pro Megawattstunde frei. Das entspricht einem Zehntel der Emissionen typischer Kohlekraftwerke. Im weltweiten Mittel sind die Emissionen damit zwar deutlich kleiner als bei Gas- oder Kohlekraftwerken, sie sind jedoch insbesondere in den Tropen nicht zu vernachlässigen.

Was ist zu tun?

Um die Emissionen durch Wasserkraft zu verringern, sollten die Planer für neue Stauseen eine Lage auswählen, wo der Eintrag von organischem Material in den See möglichst gering sein wird. Der Einlauf zu den Turbinen sollte Wasser ansaugen, das mit der Atmosphäre im Austausch steht, sodass sich dort keine hohen Methankonzentrationen anreichern können. Die Ingenieure von heute und morgen müssen berücksichtigen, dass Stauseen nicht nur in den Wasserkreislauf sondern auch in den Kohlenstoffkreislauf eingreifen.

Literaturhinweise

Barros N. et al. Nature Geosci. 4, 593-596 (2011).

Wehrli B, Nature Geosci. 4, 585-586 (2011).

Prof. Bernhard Wehrli (Quelle: ETH-Zukunftsblog)

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