自 2000 年代初以来，水电就一直在 引发争议。尽管它被宣传为 减缓气候变化 的解决方案，但在 2005 年研究人员 发现 水电大坝 造成了巨量的 温室气体排放 后，水电的泡沫就破灭了。
水电大坝的坝体阻碍了河流的流动，将其变成死水潭。随着这些水库的老化，藻类生物量和水生植物等有机物不断积累，最终分解并沉入水底。这种缺氧环境刺激了甲烷的产生。
水库表面和涡轮机会将甲烷 释放 到大气中。甲烷占水电大坝温室气体排放量的约 80%，并在大坝生命周期的 第一个十年 达到峰值。
甲烷以其在 大气中停留 12 年 而臭名昭著，其 效力 是二氧化碳的至少 25 倍。研究人员 估计，全球至少有 10% 的水电大坝每单位能源排放的温室气体与燃煤电厂相当。在 亚马逊流域，一些 现有大坝 的碳排放强度是燃煤电厂的十倍以上。
尽管如此，在 巴西亚马逊 和 喜马拉雅山脉 地区，建造新水电大坝的 呼声依然强烈。一国际研究团队在 2019 年发表于《自然·通讯》的论文中写道：“鉴于预计将新建大量水电大坝，确定未来大坝是否能产生低碳能源至关重要。”
利用人工智能规划更可持续的大坝
为了确定环境友好的新水电大坝选址，2019 年的团队利用了一个先进的计算模型的数据，该模型使用人工智能（AI）。他们发现，巴西（一个以低地为主的国家）的低地大坝通常拥有更大的水库面积，这导致碳排放强度显著更高。与玻利维亚、厄瓜多尔和秘鲁的山区相比，巴西亚马逊地区的碳排放密集型大坝数量最多。他们发现，较高的海拔和陡峭的地形更有利于生产碳排放强度较低的水电。
亚马逊地区已建有 158 座水电大坝，目前已 提议 在至少 351 个地点新建项目。为了找到减少这些项目环境影响的解决方案，研究人员正在继续利用人工智能处理数据。
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在上周发表于《科学》期刊的一项最新研究中，一个研究团队利用人工智能对亚马逊流域进行了评估。他们发现，无序的水电扩张导致了生态系统效益的损失。此外，在其他地点进行有效的坝体布局可以产生四倍以上的电力。
康奈尔大学计算机科学家、该研究的作者卡拉·戈麦斯（Carla Gomes）在新闻发布会上说：“华尔街、社交媒体都在使用人工智能，用于各种目的——为什么不能用人工智能来解决可持续性等严峻问题呢？”
研究人员认为，在选择新项目选址时，必须考虑整个亚马逊流域的各种环境因素，如河流流量和连通性、温室气体排放、鱼类多样性和泥沙输送。
虽然实施基于这些 科学证据 的政策对于建设可持续水电大坝至关重要，但研究人员也在寻找通过甲烷提取来减少现有项目温室气体排放的方法。
提取并利用水库甲烷
将湖泊和水库中积聚的甲烷提取出来用于能源生产的想法并非新想法。在东非，充满盐水的 基伍湖 蕴藏着 60 立方公里的甲烷和另外 300 立方公里的溶解二氧化碳。通过气体分离器从湖泊深层水中提取甲烷，用于卢旺达基伍瓦特发电厂生产电力。
受此可能性的启发，波兰科学院地球物理学家马切伊·巴尔托斯维茨（Maciej Bartosiewicz）及其同事提议使用一种名为沸石的固体矿物吸附剂来从水库沉积物中分离甲烷。在一项发表于《环境科学与技术》期刊的研究中，他们设计了一个模型机制，将沸石与活性炭结合起来，可以部署在水库底部。
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到目前为止，科学家们一直未能从湖泊和水库等淡水体中提取甲烷，因为甲烷的浓度太低，使得小规模提取的成本过高。但巴尔托斯维茨表示，沸石价格便宜且供应广泛，这可能提供一个可行的解决方案。
巴尔托斯维茨说：“该系统包含一个气体化组件，这是一个盒子里的膜。然后，沸石可以在去除二氧化碳后捕获甲烷。”安装一个泵送系统还可以进一步提高提取效率。
尽管如此，从水库沉积物中提取甲烷并非没有生态后果。该过程可能会显著干扰生态系统的生物组成，影响处理沉积物中甲烷的细菌的生长，最终影响食物网的生产力。在甲烷含量高的水体中，这些细菌是微小海洋动物的重要食物和能源来源。然而，巴尔托斯维茨认为，水体具有卓越的自我调节能力。
他说：“我们仍然需要开发下一代可再生能源生产解决方案。这可能是一种选择。”“并非所有水电水库都能提取甲烷。但如果我们能从这些甲烷中生产出哪怕 5% 的能源，也将有助于增加可再生能源的配额。”
