Risposta dei pesci alla presenza delle turbine idrocinetiche come soluzione energetica sostenibile

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 7459 (2023) Citare questo articolo

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Le turbine idrocinetiche come le turbine ad asse verticale (VAT) possono fornire energia decentralizzata, pulita e sostenibile per le comunità remote che non hanno accesso alla rete energetica principale o alle risorse rinnovabili. Poiché l’energia idroelettrica tradizionale altera negativamente gli ecosistemi acquatici, è essenziale valutare le conseguenze ambientali dell’implementazione dell’IVA negli ecosistemi fluviali per soddisfare le esigenze energetiche attuali e future. Questo studio esplora le implicazioni delle IVA sul movimento dei pesci osservando il comportamento di nuoto dei pesci sotto due scarichi, gli stati di funzionamento della turbina e i confinamenti delle sezioni trasversali utilizzando esperimenti di laboratorio in scala. I nostri risultati rivelano che in condizioni confinate in sezione trasversale né lo scarico, la presenza della turbina, né il funzionamento del dispositivo impedivano ai pesci di passare intorno e attraverso la turbina sia nelle direzioni a monte che a valle. Tuttavia, i pesci trascorrevano meno tempo in prossimità della turbina e all'interno della scia turbolenta e a bassa velocità della turbina, indicando un comportamento di evitamento. Nuotare in una sezione di prova meno ristretta ha ridotto ulteriormente il tempo trascorso nelle vicinanze della turbina e nella scia, aumentando la distanza tenuta dai pesci dal dispositivo. I nostri risultati contribuiscono a comprendere l’IVA come pericolo a basso rischio per il comportamento natatorio dei pesci, promuovendo il potenziale di implementazione dell’IVA nei fiumi, negli estuari o nel mare come soluzione di energia rinnovabile per le comunità remote.

Attualmente, quasi 800 milioni di persone non hanno accesso a un approvvigionamento energetico conveniente, affidabile e sostenibile, con conseguente disuguaglianza socio-economica1. Particolarmente colpiti sono i paesi a reddito medio-basso, le piccole isole e i paesi senza sbocco sul mare, con popolazioni scarsamente distribuite, spesso costituite da numerose comunità remote, la maggior parte senza accesso all’energia pulita. L’Agenda delle Nazioni Unite per lo sviluppo sostenibile mira a ridurre questa ingiustizia garantendo l’accesso universale all’energia pulita entro il 2030 (Obiettivo di sviluppo sostenibile 7)1, richiedendo quindi un aumento della quota di energia rinnovabile.

I paesi ricchi di grandi risorse idriche e quindi luoghi ideali per le applicazioni dell’energia idroelettrica, sono spesso punti caldi per la biodiversità che necessita di protezione e conservazione. I bacini dell'Amazzonia, del Congo e del Mekong, ad esempio, ospitano un terzo delle specie di pesci d'acqua dolce del mondo, la maggior parte delle quali uniche per la loro posizione geografica2. Gli schemi idroelettrici convenzionali spesso utilizzano dighe e sbarramenti, deviando o contenendo il flusso del fiume per creare bacini idrici e differenze di carico, contribuendo così alla frammentazione dei fiumi. Le numerose strutture idrauliche installate lungo i fiumi e i rapidi cambiamenti dell’ambiente acquatico non solo creano barriere alla migrazione per gli organismi acquatici ma limitano anche il trasporto di energia e sedimenti3,4,5,6, cosa che ha causato, ad esempio, la quasi estinzione di 4 –10% delle specie ittiche in Sud America7.

Per ridurre al minimo la dipendenza dall’energia idroelettrica convenzionale, è necessario esplorare il potenziale di tutti i tipi di tecnologie idroelettriche utilizzando soluzioni innovative. Uno studio sull’Amazzonia brasiliana, ad esempio, ha dimostrato che le turbine in-stream hanno il potenziale per coprire circa il 63% dell’energia totale prevista per essere installata sotto forma di energia idroelettrica convenzionale8. Le turbine idrocinetiche in-stream, come le turbine ad asse verticale (VAT), sfruttano l'energia cinetica del flusso del fiume a flusso libero senza deviarlo o richiedere una struttura idraulica per generare una differenza di carico. Queste turbine possono essere trasportate come unità assemblate o come parti ed essere assemblate in loco e possono essere facilmente installate in qualsiasi sezione del fiume. Le turbine idrocinetiche richiedono solo una frazione della larghezza e della profondità del canale del fiume rispetto agli schemi tradizionali, consentendo potenzialmente il passaggio di organismi acquatici, diminuendo l’impatto sulla biodiversità. Inoltre, si presume che il design del rotore aperto e la velocità di rotazione relativamente bassa del VAT riducano il rischio di collisione dei pesci9,10, entrambi vantaggi rispetto alle turbine ad asse orizzontale (HAT).