Dlaczego zbiorniki wodne zamulają i szkodzą klimatowi – i co można zrobić, aby temu zapobiec

Zbiornik Wuppertalsperre w Kraju Bergijskim. Skłąda się on z systemu pięciu przedszczytów, z których jeden jest już w ponad jedną trzecią wypełniony osadami. Zsjęcie: picture alliance / Zoonar.

Na wodzie kołysze się urządzenie składające się z dwóch pływaków plastikowych oraz kilku na nich zamontowanych elementów ze stali nierdzewnej. Całość przypomina platformę wiertniczą, ale w miniaturze. Również zbiornik wodny jest niewielki: to mały staw. Na brzegu stoi Julia Außem, zadowolona, spogląda na urządzenie. Za kilka dni wszystko może ruszyć, mówi pracownica firmy SedimentWorks. Następnie pompa zostanie opuszczona na dno stawu, gdzie będzie zasysać piasek, żwir i wodę. Mieszanka ma być przepompowana do pobliskiego potoku za pomocą węża.

W ten sposób Helmbachweiher ma być w ciągu następnych miesięcy oczyszczony z osadów. Przed około pięćdziesięcioma laty został sztucznie utworzony jako kąpielisko, poprzez spiętrzenie potoku. Jednak obecnie grozi mu zamulenie, ponieważ potok nie niesie tylko wody, ale również piasku i małych kamieni. A one osadzają się na dnie jeziora.

Ten staw, głęboko w Pfälzerwald, jest jedynym z obecnych projektów firmy SedimentWorks zlokalizowanej w Wernie w Westfalii. Ale nie tylko małe kąpieliska z czasem zamulają - dotyczy to wszystkich zbiorników retencyjnych. I to staje się poważnym problemem w wielu miejscach, zwłaszcza w czasach długotrwałej suszy i ekstremalnych opadów deszczu.

Pracownicy firmy SedimentWorks przygotowują się do użycia urządzenia, które ma na celu usunięcie osadów z dna Helmbachweihers w Nadrenii – Palatynacie. Zdjęcie: SedimentWorks.

Zaporom, których w ciągu ostatnich stu lat zostało zbudowanych dziesiątki w niemieckich pasmach górskich, zapewniając tam dostęp do wody pitnej lub ochronę przed powodziami, często grozi utrata znacznej części ich pojemności z powodu osadzonych osadów. Co gorsza, zawarte w osadach substancje organiczne, bez dostępu do tlenu w głębi jeziora, przekształcają się w metan – gaz szkodliwy dla klimatu, co 25 ton dwutlenku węgla. Aktualne badania dochodzą do wniosku, że zbiorniki retencyjne na całym świecie emitują rocznie 24 miliony ton metanu, co stanowi około sześć procent antropogenicznego wydzielania metanu.

Przyszli budowniczy wodni słyszą jedną z pierwszych lekcji: W poprzednim wieku budowano zbiorniki retencyjne. W obecnym stuleciu chodzi o wydobycie osadów z tych zbiorników. Spuszczać wodę i odkopywać. Lub: Odsysać osady, suszyć je na dużych obszarach, a następnie składować na składowiskach - to były dotychczas jedyne rozwiązania. Startup SedimentWorks obiecuje teraz, że ma prostszą, tańszą i bardziej ekologiczną metodę. Nawet dla problemu z metanem wydaje się być rozwiązanie. Ale o tym więcej później.

Przykłady tego, że problem istnieje również w naszym kraju, są liczne: Wupperverband, który zarządza 14 zaporami w regionie Bergisches Land (Nadrenia Północna - Westfalia), informuje na zapytanie, że obecnie jeden z przedszczytów tamtejszej zapory Wupper jest wypełniony osadami w 36 procentach. Inne instalacje retencyjne były już w ostatnich latach oczyszczane.

W zaporze Perlenbachtalsperre w Monschauw północnych Ardenach o pojemności 760 000 metrów sześciennych, uruchomionej w połowie lat 50., według ekspertyzy znajduje się 130 000 metrów sześciennych osadów, co odpowiada masie 260 000 ton. Aby usunąć wydobyty materiał z tej zapory, trzeba by było załadować 13 000 ciężarówek, zbudować dojazd. Zebranie osadów zajęłoby miesiące, a następnie musiałyby być one utylizowane jako odpady specjalne, informuje odpowiednia agencja wodna.

Ponieważ strumienie w północnych Ardenach naturalnie zawierają nieco podwyższone stężenia kadmu. W wodzie nie są one krytyczne, ale w skondensowanych, wysuszonych osadach stają się problemem, Dlatego w Monschau podjęto decyzję o pozostawieniu osadów w jeziorze. Aby nadal mieć wystarczającą ilość wody pitnej dla regionu, planuje się podniesienie tamy i powiększenie jeziora.

Założyciel SedimentWorks, Michael Detering, inżynier budownictwa wodnego z tytułem doktora i wykładowca na RWTH Aachen, zwrócił uwagę na rozmiar tego problemu na początku roku 2000, pracując nad elektrownią szczytowo-pompową. ,,Wtedy zobaczyłem ogromne ilości szlamu, które pozostały tam w tzw.górnym zbiorniku”, opowiada. Następnie zastanowił się, jak można by te osady ekologiczne ponownie wprowadzić do rzek i strumieni, ,,zamiast generować masowe transporty ciężarówkami i tworzyć składowiska”.

Metoda Deteringa, którą zabezpieczył kilkoma patentami, jest zasadniczo bardzo prosta: pompa opuszczana z platformy na dno wciąga osady na małych ilościach, wąż prowadzi mieszaninę wody i osadu do strumienia, który spływa z tamą. ,,Naśladujemy to, co by się działo w rzece, gdyby nie było tam tamy”, mówi Detering. Istotna różnica w porównaniu z wybieraniem osadów polega na tym, że osady zawsze pozostają w wodzie i dlatego nie muszą być usuwane jako odpady. Ponadto, ,,w naszym systemie przekazywanie jest tylko tyle osadu, ile miałoby to miejsce w naturalnym biegu rzeki”. O ile rzeka nie zostanie później ponownie spiętrzona, osady nie odkładają się, ponieważ osady są miejscem życia dla wielu mikroorganizmów. 

Metoda ta również zapobiega erozji w dolnym biegu jeziora, wyjaśnia Julia Außem, jedna z pięciu pracowników SedimentWorks. Napisała swoją pracę magisterską na RWTH Aachen na temat osadów w ciekach wodnych. Jeśli rzeka nie dostanie osadów, które miała z sobą powyżej zbiornika, wyjaśnia, z własną siłę wodną pozyskuje nowe osady i coraz bardziej pogłębia swoje koryto.

W Helmbachchweiher 32-letnia inżynier środowiska pokazuje, jak działa tzw. Mini-Mover. Platforma jest połączona z brzegiem za pomocą trzech lin. Komputerowym sterowaniem wyciągarką można przemieszczać urządzenie po całym jeziorze. System działa tak samo niezależnie jak kosiarka automatyczna. ,,A gdy latem ma ruszyć kąpielisko, po prostu przesuwamy Mini-Movera na bok.”

Detering założył firmę SedimentWorks z dwoma takimi urządzeniami. Obecnie trwają przygotowania do produkcji seryjnej, mówi. Ponadto, od trzech lat istnieje współpraca z międzynarodową firmą budowlaną Hülskens z Wesel, która używa rozwiniętej wersji odkurzacza jeziornego przy większych zaporach. Wupperverband informuje, że rozważa zastosowanie metody Deteringa w przyszłych działaniach.

Pozostaje kwestia metanu. To mogłoby stanowić ważny argument na rzecz metody Deteringa. Tak przynajmniej uważa Christian Jokiel, profesor technologii środowiskowej na TH Köln. Jego grupa badawcza regularnie pracuje na wspomnianej wcześniej Wuppervorsperre. Za pomocą urządzenia, które w zasadzie składa się z odkurzacza osadów Deteringa – rozszerzonego o rodzaj dzwonu, który jest umieszczony nad pompą. ,,gdy przesuwa się osady w zbiorniku retencyjnym, powstają bąble metanu”, wyjaśnia kierownik projektu Corina Lied. Zbieramy te bąble.” Przy tradycyjnych metodach usuwania osadów nie jest to możliwe.

Celem badaczy jest doprowadzenie do gotowości urządzenia, które po pierwsze trwale oczyści zbiorniki retencyjne z osadów, po drugie zapobiegnie uwolnieniu metanu do atmosfery, a po trzecie samo zaopatrzy się energią za pomocą mini-elektrowni gazowej.