水電大壩的圍墻限制了河流的流量，并將它們變成了死水池。隨著這些水庫的老化，藻類生物質(zhì)和水生植物等有機物積累并最終分解和下沉。這種缺氧環(huán)境刺激了甲烷的產(chǎn)生。

然后水庫表面和渦輪機將甲烷釋放到大氣中。甲烷約占水電大壩排放的溫室氣體的80%，在大壩生命周期的前十年達到峰值。

甲烷因在大氣中徘徊12 年而臭名昭著，其效力至少是二氧化碳的25 倍。研究人員估計世界上至少 10% 水電大壩每單位能源排放的溫室氣體與燃煤發(fā)電廠一樣多。在亞馬遜流域，現(xiàn)有的幾座大壩的碳排放量是燃煤發(fā)電廠 的十倍。

盡管如此，巴西亞馬遜和喜馬拉雅山仍積極推動建設(shè)新的水電大壩。一個國際研究團隊在 2019 年Nature Communications研究中寫道：“鑒于新水電大壩建設(shè)的預(yù)期熱潮，確定未來的大壩是否會產(chǎn)生低碳能源至關(guān)重要。 ”

使用人工智能規(guī)劃更可持續(xù)的大壩

為了確定新水電大壩的環(huán)保地點，2019 年團隊利用了來自使用人工智能 (AI) 的復(fù)雜計算模型的數(shù)據(jù)。他們觀察到巴西(一個以低地為主的國家)的低地水壩往往擁有較大的水庫區(qū)，從而產(chǎn)生更高的碳強度。與玻利維亞、厄瓜多爾和秘魯?shù)纳絽^(qū)相比，巴西亞馬遜地區(qū)的碳密集型大壩數(shù)量最多。他們發(fā)現(xiàn)，更高的海拔和陡峭的地形使得水力發(fā)電的碳強度更低。

該團隊已經(jīng)提出了新的項目，目前至少有 351 站點分布在亞馬遜河上，那里已經(jīng)有 158 個水電大壩。為了找到最小化這些項目對環(huán)境影響的解決方案，研究人員正在繼續(xù)利用人工智能利用這些數(shù)據(jù)訓(xùn)練模型。

基于這些他們發(fā)現(xiàn)，不協(xié)調(diào)的水電擴張會導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)效益的喪失。此外，其他地點的有效大壩布置可以產(chǎn)生四倍的電力。

“人工智能正被華爾街、社交媒體用于各個領(lǐng)域——為什么不使用人工智能來解決可持續(xù)發(fā)展等嚴重問題呢?”專家們對此提出了設(shè)想。

研究人員認為，在為新項目選擇地點時，必須考慮整個亞馬遜流域的各種環(huán)境標準，如河流流量和連通性、溫室氣體排放、魚類多樣性和沉積物運輸。

雖然基于這些科學(xué)證據(jù)實施政策對于建設(shè)可持續(xù)水電大壩至關(guān)重要，研究人員同時也在尋找通過甲烷提取減少現(xiàn)有項目溫室氣體排放的方法。

提取和使用儲層甲烷

提取湖泊和大壩水庫中積累的甲烷用于能源生產(chǎn)的想法并不新鮮。在東非，充滿鹽水的基伍湖擁有 60 立方公里的甲烷和另外 300 立方公里的水溶解二氧化碳。在盧旺達的 KivuWatt 發(fā)電廠，使用氣體分離器從湖的深水中提取甲烷，用于發(fā)電。

受到這種可能性的啟發(fā)，波蘭科學(xué)院的地球物理學(xué)家 Maciej Bartosiewicz 和他的同事建議使用稱為沸石的固體礦物吸收劑從儲存層沉積物中分離甲烷。在發(fā)表在《環(huán)境科學(xué)與技術(shù)》雜志上的一項研究中，他們設(shè)計了一種模型機制來研究沸石和可放置在水庫底部的活性炭。

到目前為止，科學(xué)家們一直無法從湖泊和水庫等淡水體中提取甲烷，因為這種氣體的濃度要低得多。以前使得小量的甲烷提取成本高得多。但 Bartosiewicz 表示，沸石價格便宜且可廣泛使用，為此提供一種可行的解決方案。

“該系統(tǒng)包含一個氣化組件，它是一個盒子里的膜。然后沸石可以在去除二氧化碳后捕獲甲烷，”Bartosiewicz 說。安裝泵送系統(tǒng)可以進一步促進提取。

盡管如此，從水庫沉積物中提取甲烷并非沒有什么生態(tài)環(huán)境問題。該過程可能會影響處理沉積物中甲烷的細菌的生長，從而嚴重破壞生態(tài)系統(tǒng)的生物組成，最終影響食物網(wǎng)的生產(chǎn)力。在底部甲烷含量高的水庫和湖泊中，這些細菌是微型海洋動物的重要食物和能量來源。盡管如此，Bartosiewicz 認為，水體系統(tǒng)具有非凡的自我調(diào)節(jié)能力。

“我們需要開發(fā)下一代可再生能源生產(chǎn)解決方案。這是一種可能性，”他說。“并非所有水電水庫都可以提取甲烷。如果我們能從這種甲烷中生產(chǎn)出 5% 的能源，它就會增加可再生能源的配額。”

目前人工智能在越來越多的領(lǐng)域發(fā)揮的重要性越來越大，專家們努力討論，讓AI發(fā)揮更大的作用。