Τα αιολικά πάρκα θα προκαλέσουν μεγαλύτερη επίδραση στο περιβάλλον απ’ ότι προηγουμένως θεωρήθηκε
Όταν πρόκειται για την παραγωγή ενέργειας, δυστυχώς, τίποτα δε χαρίζεται.
Καθώς ο κόσμος ξεκινάει την μεγάλης κλίμακας μετάβαση προς χαμηλότερες σε άνθρακα ενεργειακές πηγές, είναι απαραίτητο να ληφθούν υπόψη τα θετικά και τα αρνητικά του κάθε είδους και να κατανοηθούν επαρκώς και οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, που πιθανόν να είναι ασήμαντες σε σύγκριση με το κάρβουνο και το αέριο.
Σε δυο άρθρα – που δημοσιεύθηκαν σήμερα στα περιοδικά Environmental Research Letters και Joule – ερευνητές από το Χάρβαρντ ανακάλυψαν ότι αυτή η μετάβαση σε αιολική ή ηλιακή ενέργεια στις ΗΠΑ θα απαιτούσε πέντε με είκοσι φορές περισσότερο μέρος γης από ότι προηγουμένως θεωρήθηκε και αν αυτά τα μεγάλης κλίμακας αιολικά πάρκα χτίζονταν, θα θέρμαιναν τις συνηθισμένες θερμοκρασίες της επιφάνειας στην ηπειρωτική Αμερική μέχρι 0,24 βαθμούς της κλίμακας Κελσίου.
«Ο άνεμος είναι προτιμότερος από το κάρβουνο από οποιαδήποτε περιβαλλοντική άποψη, αλλά αυτό δε σημαίνει ότι η επίδρασή του είναι αμελητέα», ανέφεραν ο David Keith, καθηγητής εφαρμοσμένης φυσικής στο Harvard John A. Paulson, στο τμήμα Μηχανολογίας εφαρμοσμένων επιστημών του Gordon McKay και ανώτερος συγγραφέας των άρθρων. «Εμείς πρέπει άμεσα να μεταβούμε μακριά από ορυκτά καύσιμα για να σταματήσουμε τις εκπομπές άνθρακα. Για να γίνει αυτό, πρέπει να λάβουμε κάποιες αποφάσεις ανάμεσα σε ποικίλες τεχνολογίες χαμηλού άνθρακα, όλες από τις οποίες έχουν μερικές κοινωνικές και περιβαλλοντικές επιπτώσεις.»
Ο Keith είναι επίσης καθηγητής δημόσιας πολιτικής στη Σχολή Κένεντι του Χάρβαρντ.
Ένα από τα πρώτα βήματα για να κατανοήσουμε το περιβαλλοντικό αντίκτυπο των ανανεώσιμων τεχνολογιών είναι να καταλάβουμε πόσο μέρος γης θα απαιτηθεί για να ικανοποιηθούν οι μελλοντικές ενεργειακές απαιτήσεις των Ηνωμένων Πολιτειών. Ακόμη κι αν ξεκινήσουμε με τις σημερινές ενεργειακές απαιτήσεις, το μέρος της γης και η ενεργειακή πυκνότητα που απαιτούνται εξετάζονται επί πολύ καιρό από τους ειδικούς σε ζητήματα ενέργειας.
Σε προηγούμενη έρευνα, ο Keith και οι συνεργάτες του διαμόρφωσαν την παραγόμενη χωρητικότητα των αιολικών πάρκων μεγάλης κλίμακας και κατέληξαν πως στην πραγματικότητα η παραγωγή αιολικής ενέργειας είχε υπερεκτιμηθεί επειδή οι ίδιοι αμέλησαν να αιτιολογήσουν επακριβώς την αλληλεπίδραση των ανεμογεννητριών με την ατμόσφαιρα.
Οι άμεσες επιδράσεις του κλίματος απ’ την αιολική ενέργεια είναι στιγμιαίες, καθώς τα οφέλη από τις μειωμένες εκπομπές συγκεντρώνονται αργά»
– David Keith
Σε μια έρευνα το 2013, ο Keith περιέγραψε πως κάθε ανεμογεννήτρια δημιουργεί μια «σκιά αέρα» πίσω από αυτήν όπου ο αέρας έχει επιβραδυνθεί από τα πτερύγια της ανεμογεννήτριας. Τα σημερινά αιολικά πάρκα εμπορικής κλίμακας τοποθετούν προσεκτικά τις ανεμογεννήτριες ανά διαστήματα προκειμένου να μειώσουν την επίδραση αυτών των σκιών αέρος, αλλά δεδομένης της προσδοκίας ότι τα αιολικά πάρκα θα συνεχίσουν να επεκτείνονται καθώς οι απαιτήσεις για παραγωγή αιολικής ενέργειας αυξάνεται, οι αλληλεπιδράσεις και οι επιπτώσεις που σχετίζονται με το κλίμα δεν μπορούν να αποφευχθούν.
Αυτό που ήταν ελλιπές στην προηγούμενη έρευνα, ωστόσο, ήταν οι παρατηρήσεις για να υποστηριχθεί αυτό το υπόδειγμα. Επίσης, λίγους μήνες πριν, η Γεωλογική Τοπογραφική Μελέτη των Ηνωμένων Πολιτειών έκδωσε τις τοποθεσίες των 57.636 ανεμογεννητριών σε ολόκληρες τις ΗΠΑ. Χρησιμοποιώντας αυτό το σύνολο δεδομένων, σε συνδυασμό με αρκετές άλλες κυβερνητικές βάσεις δεδομένων των Ηνωμένων Πολιτειών, ο Keith και ο μεταδιδακτορικός συνεργάτης του Lee Miller κατάφεραν να ποσοτικοποιήσουν την πυκνότητα του ηλεκτρικού ρεύματος 411 αιολικών πάρκων και 1.150 ηλιακών φωτοβολταϊκών εγκαταστάσεων που λειτουργούσαν στις ΗΠΑ κατά το 2016.
«Για την αιολική (ενέργεια), ανακαλύψαμε πως ο μέσος όρος της ενεργειακής πυκνότητας- εννοώντας τον ρυθμό παραγωγής ενέργειας δια της περιοχής που περιλαμβάνει τις αιολικές εγκαταστάσεις- ήταν πάνω από 100 φορές χαμηλότερος από τις εκτιμήσεις μερικών ειδικών που ηγούνται στο χώρο της ενέργειας», δήλωσε ο Miller, ο οποίος είναι ο πρώτος συγγραφέας και των δυο άρθρων. «Οι περισσότερες από αυτές τις εκτιμήσεις απέτυχαν να αναλογιστούν την αλληλεπίδραση των ανεμογεννητριών με την ατμόσφαιρα. Για μια απομονωμένη ανεμογεννήτρια, οι αλληλεπιδράσεις δεν είναι καθόλου σημαντικές, αλλά αφού τα αιολικά πάρκα έχουν βάθος περισσότερο από 5 με 10 χιλιόμετρα, αυτές οι αλληλεπιδράσεις έχουν μεγάλο αντίκτυπο στην πυκνότητα του ηλεκτρικού ρεύματος.»
Η βασισμένη στις πυκνότητες της αιολικής ενέργειας παρατήρηση είναι επίσης πολύ χαμηλότερη από τις σημαντικές εκτιμήσεις από το Αμερικανικό Υπουργείο Ενέργειας και την Διακυβερνητική Επιτροπή για την Αλλαγή του Κλίματος.
Για την ηλιακή ενέργεια, η μέση ενεργειακή πυκνότητα [που μετράται σε watt ανά τετραγωνικό μέτρο (m2)] είναι 10 φορές υψηλότερη από την αιολική ενέργεια, αλλά επίσης πολύ χαμηλότερη από τις εκτιμήσεις των ειδικών σε θέματα ενέργειας.
Αυτή η έρευνα υποδηλώνει ότι όχι μόνο τα αιολικά πάρκα θα απαιτούν περισσότερη γη για να πετύχουν την ανανεώσιμη ενέργεια που έχουν ως στόχο αλλά μια τόσο μεγάλη κλίμακα, θα γίνουν ένας ενεργός παίκτης του ατμοσφαιρικού συστήματος.
Η επόμενη ερώτηση, όπως διερευνήθηκε από το περιοδικό Joule, ήταν πως θα επιδράσουν στο κλιματικό σύστημα αυτά τα μεγάλης κλίμακας αιολικά πάρκα.
«Αν η προοπτική σου είναι τα επόμενα 10 χρόνια, στην πραγματικότητα η αιολική ενέργεια έχει- υπό κάποιες απόψεις- περισσότερη κλιματική επίδραση από το κάρβουνο ή το αέριο. Αν η προοπτική σου είναι τα επόμενα χιλιάδες χρόνια τότε η αιολική ενέργεια έχει πολύ λιγότερη κλιματική επίδραση από το κάρβουνο ή το αέριο.»
– David Keith
Προκειμένου να υπολογίσουν τις επιδράσεις τις αιολικής ενέργειας, ο Keith και ο Miller καθιέρωσαν ένα επίπεδο αναφοράς για το κλίμα στις ΗΠΑ από το 2012 έως το 2014 χρησιμοποιώντας ένα σταθερό μοντέλο πρόγνωσης του καιρού. Έπειτα, κάλυψαν το ένα τρίτο (1/3) της ηπειρωτικής Αμερικής με αρκετές ανεμογεννήτριες για να ικανοποιήσουν τις σημερινές απαιτήσεις σε ηλεκτρικό ρεύμα στην Αμερική. Οι ερευνητές ανακάλυψαν πως αυτό το σενάριο θα θέρμαινε τη θερμοκρασία της επιφάνειας της ηπειρωτικής Αμερικής έως 0.24 βαθμούς της κλίμακας Κελσίου, με τις μεγαλύτερες μεταβολές να συμβαίνουν τη νύχτα όταν οι θερμοκρασίες της επιφάνειας που είναι αυξημένες μέχρι και 1,5 βαθμούς. Αυτή η θερμότητα είναι το αποτέλεσμα των ανεμογεννητριών που ενεργά αναμειγνύουν την ατμόσφαιρα κοντά στο έδαφος και αιωρούνται ενώ ταυτόχρονα αποσπούνται από την κίνηση της ατμόσφαιρας.
Αυτή η έρευνα υποστηρίζει περισσότερες από 10 άλλες έρευνες οι οποίες παρατήρησαν αύξηση θερμότητας κοντά στα λειτουργικά αιολικά πάρκα των ΗΠΑ. Ο Miller και ο Keith σύγκριναν τις προσομοιώσεις τους με τις έρευνες που βασίστηκαν σε δορυφορικές παρατηρήσεις στο Βόρειο Τέξας και ανακάλυψαν πως οι κατά προσέγγιση αυξήσεις της θερμοκρασίας συνάδουν μεταξύ τους.
Ο Miller και ο Keith ήταν σύντομοι στο να επισημάνουν τις διαφορές παραγωγής ενέργειας στις ΗΠΑ τόσο στην αιολική ενέργεια όσο και σε όσα προσομοίωσαν στο σενάριό τους, αλλά εντόπισαν ότι η αύξηση της θερμότητας συμβαίνει με ακόμη μικρότερες προβλέψεις. Η ερώτηση που προκύπτει ως συνέπεια είναι να κατανοήσουν στη συνέχεια πότε τα αυξανόμενα οφέλη των μειωμένων εκπομπών είναι κατά προσέγγιση ίσα με τις σχεδόν -στιγμιαίες επιδράσεις της αιολικής ενέργειας.
Οι ερευνητές του Χάρβαρντ ανακάλυψαν ότι το αποτέλεσμα της αύξησης της θερμοκρασίας από τις ανεμογεννήτριες στην ηπειρωτική Αμερική ήταν στην πραγματικότητα μεγαλύτερο από το αποτέλεσμα των μειωμένων εκπομπών κατά τον πρώτο αιώνα λειτουργίας τους. Αυτό συμβαίνει επειδή το αποτέλεσμα της αύξησης της θερμοκρασίας είναι τοπικό στο αιολικό πάρκο, ενώ οι συγκεντρώσεις αερίου του θερμοκηπίου πρέπει να μειωθούν παγκοσμίως πριν διαπιστωθούν τα πλεονεκτήματα.
Ο Miller και ο Keith επανέλαβαν τον υπολογισμό για την ηλιακή ενέργεια και ανακάλυψαν πως οι επιδράσεις της στο κλίμα ήταν περίπου 10 φορές μικρότερες από την αιολική.
«Οι άμεσες επιδράσεις του κλίματος απ’ την αιολική ενέργεια είναι στιγμιαίες, καθώς τα οφέλη από τις μειωμένες εκπομπές συγκεντρώνονται αργά», ανέφερε ο Keith. «Αν η προοπτική σου είναι τα επόμενα 10 χρόνια, στην πραγματικότητα η αιολική ενέργεια έχει- υπό κάποιες απόψεις- περισσότερη κλιματική επίδραση από το κάρβουνο ή το αέριο. Αν η προοπτική σου είναι τα επόμενα χιλιάδες χρόνια τότε η αιολική ενέργεια έχει πολύ λιγότερη κλιματική επίδραση από το κάρβουνο ή το αέριο.»
«Η εργασία δεν θα πρέπει να θεωρηθεί ως μια θεμελιώδης κριτική της αιολικής ενέργειας», σημείωσε. «Κάποιες κλιματικές επιπτώσεις της αιολικής θα είναι ευεργετικές- αρκετές έρευνες παγκοσμίως δείχνουν πως η αιολική ενέργεια δροσίζει τις πολικές περιοχές. Αλλά καλύτερα θα ήταν, η εργασία να θεωρηθεί ως το πρώτο βήμα προκειμένου να λάβουμε πιο σοβαρά υπόψη την αξιολόγηση αυτών των επιδράσεων από όλες τις ανανεώσιμες πηγές ενέργειας. Η ελπίδα μας είναι ότι η μελέτη μας, σε συνδυασμό με τις πρόσφατες ακριβείς παρατηρήσεις, επισημαίνει ένα κρίσιμο επιχείρημα όπου οι κλιματικές επιπτώσεις της αιολικής ενέργειας αρχίζουν να αποκτούν σοβαρό ενδιαφέρον για στις στρατηγικές αποφάσεις σχετικά με την αφαίρεση των υπολειμμάτων άνθρακα από το ενεργειακό σύστημα.»