Terwijl de planeet verder opwarmt, de dubbele uitdaging van afnemende watervoorziening en groeiende vraag naar energie zal toenemen. Maar water en energie zijn onlosmakelijk met elkaar verbonden. Bijvoorbeeld, bijna een vijfde van de energie van Californië gaat naar watergerelateerde activiteiten, terwijl meer dan een tiende van de elektriciteit van de staat uit waterkracht komt. Terwijl de samenleving zich probeert aan te passen aan één uitdaging, het moet ervoor zorgen dat het de ander niet verergert.

Hiertoe, onderzoekers van UC Santa Barbara, Lawrence Berkeley National Laboratory en UC Berkeley hebben een raamwerk ontwikkeld om te evalueren hoe verschillende klimaataanpassingen deze water-energie-nexus kunnen beïnvloeden. Hun onderzoek verschijnt in het open access tijdschrift Brieven voor milieuonderzoek .

"Elektriciteit en watersystemen zijn op veel verschillende manieren met elkaar verbonden, " zei co-auteur Ranjit Deshmukh, een assistent-professor in de afdeling milieustudies. "Er wordt verwacht dat klimaatverandering deze verbanden zal benadrukken, dus hebben we een raamwerk gepresenteerd dat deze onderlinge afhankelijkheden in kaart brengt en ons in staat zal stellen de effecten ervan op de energie-water-nexus te begrijpen en te kwantificeren."

Hoewel het niet de eerste studie is die naar deze onderwerpen kijkt, het vereist een meer genuanceerde benadering dan de papieren die eerder zijn verschenen. "Er zijn veel analyses geweest over hoe klimaatverandering de water- en energiesector afzonderlijk zou kunnen beïnvloeden, maar die studies keken meestal niet naar interacties en feedback tussen de twee, "Zei hoofdauteur Julia Szinai van Berkeley Lab's Climate and Ecosystem Sciences Division. "Onze paper ontwikkelt een algemeen raamwerk dat identificeert hoe klimaatverandering deze gekoppelde water- en elektriciteitssystemen beïnvloedt en mogelijke aanpassingen aan toekomstige hiaten in vraag en aanbod. Door dit te doen illustreren we vaak over het hoofd geziene afwegingen en synergieën bij de aanpassing aan klimaatverandering."

Het raamwerk maakt gebruik van systeemanalyse om de grootste potentiële klimaatstressoren voor de water- en energiesector te identificeren. Het kwantificeert acties die nodig zijn om zich aan te passen aan klimaatverandering, en onderzoekt de feedback die zou voortvloeien uit deze acties.

"Bijvoorbeeld, ons raamwerk laat zien hoe hogere temperaturen als gevolg van klimaatverandering waarschijnlijk de vraag naar elektriciteit voor airconditioning en de vraag naar water voor irrigatie zullen doen toenemen, Deshmukh legde uit. "Terwijl verlies van sneeuw in de Sierras en variabele neerslag de watervoorziening zullen beïnvloeden, niet alleen voor stedelijk en agrarisch gebruik, maar ook voor de opwekking van waterkracht en de koeling van thermische centrales."

Californië vertrouwt op sneeuw in de Sierra Nevadas om in de loop van het jaar langzaam water uit te pompen.

Het team paste het door hen ontwikkelde raamwerk toe op Californië, die voor een groot deel van zijn water afhankelijk is van de sneeuwlaag en aanzienlijke hoeveelheden energie verbruikt om water van het noorden naar het zuidelijke deel van de staat te transporteren. Ze onderzochten meerdere adaptatiestrategieën in de watersector en ontdekten dat sommige energie-intensief zijn, terwijl andere juist zowel water als energie kunnen besparen.

De onderzoekers integreerden gegevens in een aantal gefragmenteerde studies om het totale bereik van mogelijke water- en energietoekomsten voor de staat onder verschillende klimaatscenario's aan het einde van de eeuw te schatten. Uit hun analyse bleek dat twee factoren waarschijnlijk de directe effecten van klimaatverandering op de elektriciteitssector in Californië zullen domineren:hogere airconditioningbelastingen en verminderde beschikbaarheid van waterkracht.

"Een van de belangrijkste punten van het document is dat het aanpassen van ons watersysteem aan klimaatverandering de spanning op het elektriciteitsnet aanzienlijk kan verergeren, of aan de andere kant, het zou kunnen helpen om het te verlichten, "Zei co-auteur en Berkeley Lab-klimaatwetenschapper Andrew Jones. "Als we ons concentreren op het aanpassen van het watersysteem door grote waterstromen over bassins te gebruiken, of door gebruik te maken van energie-intensieve ontzilting, dat maakt het elektriciteitsprobleem alleen maar moeilijker. Indien, anderzijds, we passen het watersysteem aan door water te besparen, het is eigenlijk een win-winsituatie, want je vermindert ook de energie die nodig is voor water."

Momenteel, maar liefst 19% van het elektriciteitsverbruik in Californië gaat naar watergerelateerde toepassingen, zoals behandelen, vervoeren, pompen en verwarmen. Aanvullend, ongeveer 15% van de opwekking van elektriciteit in de staat is afkomstig van waterkracht.

De staat heeft al enkele effecten van klimaatverandering op zijn water-energiesystemen gezien. Langdurige droogtes, verergerd door klimaatverandering, hebben geleid tot pieken in het elektriciteitsverbruik voor het oppompen van grondwater, en overeenkomstige tekorten aan waterkracht moesten worden vervangen door vuilere fossiele brandstoffen.

Het team is er zeker van dat de klimaatcrisis een enorme impact zal hebben op de toekomstige watervoorziening van de staat. Dat gezegd hebbende, het effect is enorm onzeker. In het slechtste geval, beschikbare watervoorraden kunnen met 25% afnemen; echter, ze zouden met 46% kunnen stijgen.

"Er zijn aanzienlijke onzekerheden in de projecties van het klimaatmodel voor neerslag, " zei Deshmukh. "Maar ongeacht die onzekerheden, de aanpassingsmaatregelen bieden aanzienlijke bijkomende voordelen." Waterbesparing zou zowel energie als geld besparen voor de consument, en zorgen voor een grotere stroom in de natuurlijke beken en rivieren van de staat.

Toen het team hun raamwerk toepast op het worstcasescenario, ze ontdekten dat het kiezen van de meest energie-intensieve aanpassingsstrategieën in de watersector kan leiden tot een energieonbalans die even groot is als die welke rechtstreeks wordt veroorzaakt door klimaatverandering.

"Ik denk dat dit de eerste studie is die aantoont dat aanpassing aan de watersector een even grote impact kan hebben op de elektriciteitssector als het directe effect van klimaatverandering zelf, " zei Jones.

"Deze studie heeft het voordeel van gecoördineerde aanpassingsplanning tussen de twee sectoren benadrukt, " voegde hoofdauteur Szinai toe, "Dus we koppelen nu een gedetailleerder waterbeheermodel en een elektriciteitsplanningsmodel dat veerkrachtige wegen kan aantonen voor het uitbouwen van elektriciteitsinfrastructuur in de westelijke VS wanneer de gevolgen van klimaatverandering worden meegerekend vanuit de watersector."

Deshmukh leidt momenteel een team dat de verbanden tussen energie, water en het klimaat door de effecten van klimaatverandering op waterkrachtdammen en thermische centrales in 12 landen in zuidelijk Afrika te kwantificeren. Hij hoopt optimale investeringen in elektriciteitsinfrastructuur te identificeren.

"Californië heeft de keuze hoe het zijn watersector wil aanpassen aan de gevolgen van klimaatverandering, Deshmukh verklaarde. "De staat kan ofwel energie-intensieve maatregelen voor klimaatadaptatie nastreven, zoals ontzilting, of een portfolio van maatregelen ontwikkelen die het potentieel voor waterbehoud maximaliseren. Planners en beleidsmakers in de water- en energiesector moeten hun acties en plannen voor aanpassing aan klimaatverandering op elkaar afstemmen."