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Die Kombination von steigendem Strombedarf und der Notwendigkeit, den Ausstoss von Treibhausgasen zu verringern, zwingt uns dazu, den Anteil erneuerbarer Energien zu erhöhen. Aus diesem Grund wurden die Anstrengungen intensiviert, noch ungenutztes Wasserkraftpotenzial auszubauen. In der Schweiz ist dieses an grossen Flüssen nahezu ausgeschöpft. Kaum ein Tal in den Alpen ist frei von Bauwerken zur Ableitung oder Speicherung von Wasser für die Stromerzeugung. Die Konsequenz daraus ist, dass hauptsächlich Kleinwasserkraftwerke mit einer installierten Leistung von weniger als 10 Megawatt neu geplant werden. Um damit einen signifikanten Anstieg der gesamten Stromproduktion zu erreichen, muss eine grosse Anzahl solcher Anlagen errichtet werden. Dies wird den Druck auf unsere letzten unberührten Gewässer weiter erhöhen.
Was, wenn wir an allen verbleibenden Standorten Wasserkraftwerke errichten?
Kurz gesagt: wir wissen es nicht. Wie üblich ist die ausführliche Antwort deutlich komplexer. Durch die Errichtung mehrerer Kleinwasserkraftwerke in einem Flussgebiet könnten sich die damit verbundenen Auswirkungen häufen, wie beispielsweise der Verlust einzigartiger Lebensräume und die Zerschneidung von Fliessgewässern durch Sperrbauwerke.
Das Entnehmen von Wasser für ein Kraftwerk vermindert den Abfluss und die Fliessdynamik über mehrere Flusskilometer hinweg. In der Schweiz handelt es sich bei ca. 2‘700 der 65‘000 Flusskilometer um solche Restwasserstrecken. In alpinen Regionen befinden sich Restwasserstrecken in steilem Gelände. Viele Arten in diesen Gewässern sind gut an turbulente und tosende Wasserströme angepasst. Durch Abwertung dieser speziellen Lebensräume werden wir solche lokal angepassten Populationen verlieren.
Die Forelle ist die am häufigsten vorkommende Fischart in Schweizer Alpenflüssen. Während unserer Beurteilung der ökologischen Auswirkung von kleinen Laufwasserkraftwerken haben wir herausgefunden, dass die Forellen in den Restwasserstrecken magerer sind. An Flussbetten lebende Insekten, welche eine zentrale Rolle spielen bei der Erbringung von Ökosystemleistungen, könnten ebenfalls betroffen sein von der Lebensraumverschlechterung. Bisher wissen wir ausserdem nicht, wie weit sich die Auswirkungen flussabwärts ausbreiten, wo der natürliche Abfluss wieder hergestellt ist.
Die Dichte, Lage und Verteilung mehrerer Wasserkraftwerke sind massgebend für die Länge isolierter Gewässerabschnitte und damit Grösse der Fischpopulationen. Die geringere genetische Vielfalt von isolierten Populationen verringert deren Vermögen, sich an wandelnde Umweltbedingungen anzupassen. Isolation kann zudem zu lokalem oder beckenweitem Aussterben führen. Einige Fischarten benötigen für das Laichen, die Aufzucht und Nahrungssuche Zugang zu verschiedenen Lebensräumen. So laicht die schweizerische Forelle häufig im Flussoberlauf und wandert für die Nahrungssuche abwärts in das Hauptflussgebiet oder in einen See. Solch artspezifische Anforderungen an den Lebensraum müssen zur Erhaltung grosser und gesunder Fischpopulationen berücksichtigt werden.
Wie findet man geeignete Standorte?
Kumulierte Auswirkungen und solche, die das gesamte Flusseinzugsgebiet betreffen, finden heutzutage bei der Auswahl geeigneter Standorte für neue Wasserkraftwerke üblicherweise keine Berücksichtigung. Dies ist teilweise auf einen Mangel an Methoden zurückzuführen, mit denen die komplexen Zusammenhänge zwischen Ausmass der Fragmentierung, Populationsdynamik und Eigenheiten von Lebenszyklen beurteilt werden kann. Aus diesem Grund sollte die Lage jedes Wasserkraftwerks innerhalb eines Flussgebiets vor dem Hintergrund der wirtschaftlichen Profite und Nachteile für die Artenvielfalt mit alternativen Standorten verglichen werden.
Es existieren einige Vorschläge für Methoden zur Beurteilung der Ökologie im Hinblick auf die Lage von Wasserkraftwerken. Diese Methoden stützen sich für gewöhnlich auf Optimierungsverfahren. Der durch ein Ökosystem erbrachte Nutzen, wie zum Beispiel Artenvielfalt oder Fischerei, kann üblicherweise nicht monetär ausgedrückt werden. Aus diesem Grund muss die Abwägung zwischen höchstmöglicher Stromproduktion und geringster Umweltauswirkung differenziert erfolgen.
Derzeit entwickeln wir an der Eawag ein räumlich differenziertes Planungswerkzeug, mit welchem sich die Lebensfähigkeit einer Art bei Vorgabe einer spezifischen Konfiguration von Wasserkraftwerken in einem Flussnetzwerk eruieren lässt. Dieses Werkzeug beruht auf einer Optimierungsmethode zum Erreichen Pareto-optimaler Lösungen (siehe Abbildung). Innerhalb eines Sets Pareto-optimaler Lösungen kann eine Zielgrösse, beispielsweise die Stromproduktion aus Wasserkraft, nur zu Ungunsten einer anderen Zielgrösse, wie zum Beispiel der Artenvielfalt, vergrössert werden. Solch ein Set differenzierter Lösungen kann Anspruchsgruppen und Entscheidungsträgern dazu dienen, einen guten Kompromiss zwischen verschiedenen Interessen auszuarbeiten.