Tiêu đề: Tình trạng thiếu nước tự nhiên: Việc rút than và điện hạt nhân, công nghiệp nặng và các quy định về môi trường đã thay đổi độ ẩm khí quyển như thế nào

Giới thiệu:

Trong những thập kỷ gần đây, sự cân bằng thủy văn đã thay đổi đáng kể ở nhiều vùng ôn đới của châu Âu, đặc biệt là ở Đức và Trung Âu. Trong khi sự nóng lên toàn cầu, các mô hình lưu thông không khí toàn cầu và sự thay đổi phân bố lượng mưa được coi là nguyên nhân chính gây ra tình trạng khô hạn ngày càng tăng, thì một khía cạnh thường bị bỏ qua đang ngày càng trở nên quan trọng: sự suy giảm tự nhiên của các nguồn hơi nước kỹ thuật do những thay đổi về cấu trúc trong sản xuất năng lượng và sản xuất công nghiệp. Bài viết này làm sáng tỏ một giả thuyết ít được chú ý nhưng đang ngày càng trở nên quan trọng trong nghiên cứu: Việc đóng cửa các nhà máy điện chính như điện than và điện hạt nhân, cũng như việc đóng cửa rộng rãi các ngành công nghiệp nặng, có thể đã dẫn đến việc giảm lượng hơi nước do con người thải ra—và do đó góp phần làm tăng cường hạn hán trong khu vực.

Các nhà máy nhiệt điện—đặc biệt là các nhà máy điện than và điện hạt nhân—cần một lượng nước khổng lồ để làm mát, sau đó được thải vào khí quyển dưới dạng hơi nước thông qua các tháp giải nhiệt. Hơi nước được giải phóng nhân tạo này là nguồn cung cấp độ ẩm liên tục cho khí quyển trong nhiều thập kỷ. Ở các khu vực công nghiệp, vô số tháp giải nhiệt, hệ thống bay hơi và chuỗi quy trình nóng tạo ra hơi nước, một sản phẩm phụ của hoạt động công nghiệp, ảnh hưởng đến vi khí hậu trong khu vực. Mặc dù các quá trình này gây ra những căng thẳng lâu dài về môi trường, nhưng chúng đồng thời tạo ra độ ẩm cục bộ ở tầng đối lưu thấp thông qua các hiệu ứng bốc hơi, đóng vai trò như một vùng đệm chống hạn hán trong thời kỳ lượng mưa thấp.

Việc rút toàn bộ hoặc một phần các nguồn độ ẩm kỹ thuật này như một phần của quá trình khử cacbon, loại bỏ dần năng lượng hạt nhân và di dời các ngành công nghiệp sử dụng nhiều năng lượng ra nước ngoài để lại một khoảng trống đáng kể trong chu trình nước trong khí quyển. Ngoài ra, còn có các quy định nghiêm ngặt hơn về môi trường hạn chế nước làm mát chảy trở lại sông hoặc giảm thiểu bốc hơi thông qua các công nghệ mới (ví dụ: hệ thống làm mát kín). Câu hỏi đặt ra là: Liệu chúng ta có vô tình kích hoạt quá trình khử ẩm trong khí quyển thông qua các biện pháp sinh thái có chủ đích tốt hay không?

Mục đích của bài viết này là làm sáng tỏ mối liên hệ trước đây bị bỏ qua này từ nhiều góc độ khác nhau và dựa trên sáu trọng tâm chủ đề, để phân tích một cách phê phán vai trò của các đầu vào hơi nước kỹ thuật trong cân bằng nước của khu vực. Điều này không đặt câu hỏi về thực tế rằng biến đổi khí hậu là động lực toàn cầu của sự thay đổi – Đồng thời, các can thiệp kỹ thuật cục bộ vào khí quyển phải được nghiên cứu như là những tác nhân khuếch đại có thể có của hiện tượng hạn hán khu vực.

Cấu trúc:

1. Các nhà máy nhiệt điện là nguồn nhân tạo tạo độ ẩm khí quyển: Vai trò bị đánh giá thấp trong chu trình nước cục bộ

2. Việc loại bỏ than và điện hạt nhân: Giảm các đám mây hơi nước phía trên các nhà máy điện và hậu quả khí hậu của chúng

3. Sự phi công nghiệp hóa của ngành công nghiệp nặng: Mất các khu vực bốc hơi công nghiệp và Đầu vào độ ẩm kỹ thuật

4. Các quy định nghiêm ngặt về môi trường và hệ thống làm mát khép kín: Giảm các quá trình bốc hơi nước dưới danh nghĩa bảo vệ nguồn nước

5. Các quan sát khí tượng trong khu vực hậu công nghiệp: Mối tương quan giữa việc đóng cửa nhà máy điện và hạn hán cục bộ

6. Những góc nhìn mới về quản lý nước và khí hậu tích hợp: Có nên đưa các nguồn độ ẩm kỹ thuật vào quy hoạch không?

1. Nhà máy nhiệt điện là nguồn nhân tạo tạo độ ẩm khí quyển: Vai trò bị đánh giá thấp trong chu trình nước cục bộ

Các nhà máy nhiệt điện, đặc biệt là nhà máy điện than và điện hạt nhân, sử dụng rất nhiều nước để làm mát các cơ sở của mình. Nước này thường được lấy từ các con sông hoặc hồ gần đó, trải qua quá trình hấp thụ nhiệt và cuối cùng được thải trở lại môi trường dưới dạng nước nóng hoặc dưới dạng hơi nước—trực tiếp vào các tuyến đường thủy hoặc vào khí quyển thông qua các tháp làm mát khổng lồ. Các quá trình này đã đượcĐiều này đã dẫn đến sự hình thành sương mù cục bộ, hình thành mây và độ ẩm tăng lên ở khu vực xung quanh trong nhiều thập kỷ.

Lượng nước được giải phóng là rất lớn. Ví dụ, một nhà máy điện hạt nhân cỡ trung bình có thể thải ra hàng triệu lít nước vào khí quyển mỗi ngày, một số trong đó bốc hơi và do đó ảnh hưởng trực tiếp đến độ ẩm của khí quyển. Các nhà máy điện chạy bằng than có hệ thống làm mát mở hoặc tháp làm mát ướt cũng liên tục thải nước bốc hơi vào không khí xung quanh. Trong nhiều thập kỷ, điều này đã dẫn đến chu trình nước cục bộ được tăng cường do con người, mặc dù chỉ có tác động nhỏ trên toàn cầu, nhưng chắc chắn là đáng chú ý ở cấp độ khu vực.

Ở những khu vực có cơ sở hạ tầng nhà máy điện dày đặc – Ở những khu vực như vùng Rhineland hoặc vùng Ruhr, lượng hơi nước này góp phần tạo nên vi khí hậu đặc trưng bởi độ ẩm cao hơn, hình thành sương mù nhiều hơn và lượng mưa cục bộ tăng nhẹ. Tác động này hiếm khi được định lượng hoặc tính đến trong các mô hình khí hậu, vì nó thường được coi là "không đáng kể" so với các yếu tố khí hậu toàn cầu. Tuy nhiên, những tác động thủy văn cục bộ của các hệ thống này là có thật - và hiện đang dần biến mất.

2. Loại bỏ dần điện than và điện hạt nhân: Giảm các đám mây hơi nước phía trên các nhà máy điện và hậu quả về khí hậu của chúng

Với việc chính trị bắt buộc phải tháo dỡ các nhà máy điện than và điện hạt nhân - Đặc biệt là ở các quốc gia nói tiếng Đức, không chỉ các nguồn phát thải CO₂ và chất thải phóng xạ biến mất mà cả các nguồn hơi nước nhân tạo liên tục cũng biến mất. Việc loại bỏ dần điện hạt nhân của Đức vào năm 2023 và kế hoạch loại bỏ dần điện than vào năm 2038 sẽ dẫn đến sự biến mất của hàng trăm tháp giải nhiệt, máy bay hơi và hệ thống vòng hở vốn là một phần của chu trình nước ổn định trong khu vực trong nhiều thập kỷ.

Các nhà máy điện này không chỉ tạo ra điện mà còn tạo ra nhiệt dưới dạng các đám mây hơi nước, đặc biệt dễ thấy dưới dạng các cột khói trắng phía trên các tháp giải nhiệt trong những tháng lạnh. Những đám mây nhân tạo này hình thành từ hơi nước ngưng tụ, trong một số điều kiện khí quyển nhất định, có thể góp phần hình thành các đám mây tích hoặc mưa cục bộ nhẹ. Hơn nữa, các đám mây hơi nước này liên tục cung cấp độ ẩm cho tầng bình lưu thấp, điều này đặc biệt quan trọng ở các khu vực lục địa châu Âu vốn đã hạn chế tiếp cận độ ẩm đại dương.

Việc tháo dỡ các hệ thống này sẽ dẫn đến việc tách rời các luồng độ ẩm kỹ thuật và khí quyển. Việc mất đi nguồn độ ẩm này dẫn đến đất khô nhanh hơn, đặc biệt là vào mùa hè khi lượng mưa ít, làm tăng căng thẳng hạn hán cho cây trồng và tăng hiệu ứng nhiệt vì ít nước hơn để bốc hơi. Ở những khu vực có mật độ nhà máy điện cao trong lịch sử, những tác động này đã có thể đo lường được, nhưng cho đến nay vẫn chưa được ghi chép một cách có hệ thống hoặc đưa vào các quy trình lập kế hoạch quản lý nước.

3. Sự phi công nghiệp hóa của ngành công nghiệp nặng: Mất các khu vực bốc hơi công nghiệp và nguồn độ ẩm kỹ thuật

Song song với việc giảm sản xuất năng lượng, một sự thay đổi sâu sắc về cấu trúc đã diễn ra trong ngành công nghiệp nặng kể từ những năm 1990. Các xưởng đúc, nhà máy thép, nhà máy hóa chất lớn và lò luyện nhôm—nhiều hoạt động trong số này đã bị đóng cửa, tự động hóa hoặc chuyển ra nước ngoài. Những ngành công nghiệp này không chỉ cần một lượng lớn năng lượng mà còn cần một lượng lớn nước làm mát, nước xử lý và chất lỏng làm sạch, thường xuyên bốc hơi trong các mạch hở hoặc thải ra ngoài qua hệ thống làm mát bằng không khí.

Ở đây, một trạng thái cân bằng độ ẩm do con người tạo ra đã phát triển trong nhiều thập kỷ, thường không được chú ý. Các nhà máy luyện thép hoặc cốc nóng tạo ra luồng khí nóng liên tục, cũng như các nhà máy lọc dầu hoặc hóa dầu. Khí thải bốc hơi từ các ngành công nghiệp như vậy được cung cấp bởi vô số các lưu vực hở, sông, hệ thống làm mát và hệ thống thông gió hành lang. Nhìn chung, chúng dẫn đến sự tích tụ độ ẩm trong khí quyển—đôi khi ngay cả ở các khu vực đô thị, nơi mà sự bốc hơi tự nhiên đã được giảm thiểu bằng cách bịt kín đất.

Công nghiệp hóa phi tập trung—thường được ca ngợi là một thành công tích cực về môi trường—do đó cũng gây ra những hậu quả không mong muốn đối với vi khí hậu.Việc loại bỏ các nguồn nhiệt công nghiệp không chỉ làm giảm chất gây ô nhiễm mà còn làm giảm sự đối lưu nhiệt và bốc hơi. Kết hợp với việc ngày càng nhiều khu vực đô thị bị bịt kín và sự suy giảm của các hệ thống tưới tiêu nông nghiệp, điều này làm trầm trọng thêm tình trạng khô hạn của khí quyển, đặc biệt là trong thời kỳ chuyển tiếp giữa mùa xuân và mùa hè.

4. Các quy định nghiêm ngặt về môi trường và hệ thống làm mát khép kín: Giảm các quá trình bốc hơi nước dưới danh nghĩa bảo vệ nước

Trong những thập kỷ gần đây, nhiều luật và quy định đã được ban hành ở Châu Âu, đặc biệt là ở Đức, để bảo vệ môi trường và các nguồn nước. Mục tiêu là hạn chế sự nóng lên của các con sông, ngăn chặn sự tái lưu thông của các chất gây ô nhiễm và tăng hiệu quả của các quy trình kỹ thuật. Một hệ quả của các biện pháp này là việc chuyển đổi nhiều hệ thống làm mát từ mạch hở sang mạch kín, trong đó nước được tái sử dụng nhiều lần và không còn bốc hơi nữa.

Về mặt kỹ thuật, điều này có nghĩa là: thay vì thải khí thải nóng hoặc nước thải ra môi trường, khí thải được lưu thông bên trong, làm mát và tái sử dụng. Mặc dù điều này cải thiện việc sử dụng năng lượng và tài nguyên, nhưng nó cũng làm giảm tiếp xúc với khí quyển - và do đó khả năng bốc hơi, tản nhiệt và tuần hoàn độ ẩm.

Các bể chứa nước mưa và hệ thống thoát nước mới ở các thành phố hiện cũng được thiết kế để mất ít nước nhất có thể vào khí quyển. Thẩm thấu được ưu tiên hơn bốc hơi - điều này có vẻ hợp lý về mặt sinh thái, nhưng về lâu dài lại góp phần làm giảm độ ẩm trong các vi khí hậu đô thị. Đặc biệt là vào mùa hè nóng nực, điều này có thể dẫn đến tăng ứng suất nhiệt vì khả năng làm mát bốc hơi tiềm ẩn ít hơn.

Nhìn chung, điều này tạo ra một hiệu ứng có vẻ nghịch lý: Bảo vệ môi trường - đặc biệt là các vùng nước - thông qua cách nhiệt kỹ thuật dẫn đến giảm bốc hơi tự nhiên và nhân tạo. Điều này dẫn đến mất đi nguồn cung cấp độ ẩm quan trọng trong khí quyển, trong quá khứ, không chỉ ổn định cân bằng nước mà còn ổn định khả năng phục hồi cục bộ trước các đợt nắng nóng.

5. Quan sát khí tượng tại các khu vực hậu công nghiệp: Mối tương quan giữa việc đóng cửa nhà máy điện và hạn hán cục bộ

Các phân tích khí tượng ban đầu và quan sát dài hạn chỉ ra rằng các khu vực có quá trình phi công nghiệp hóa mạnh mẽ và việc tháo dỡ nhà máy điện đã trải qua thời kỳ khô hạn gia tăng trong nhiều năm - không phụ thuộc vào xu hướng khí hậu toàn cầu. Những quan sát này đặc biệt đáng chú ý ở những nơi nhiều nhà máy điện đã đóng cửa trong thời gian ngắn, chẳng hạn như một số vùng ở miền đông nước Đức, Saarland hoặc một số vùng ở miền bắc nước Ý.

Các đánh giá dựa trên vệ tinh cho thấy sau khi đóng cửa các hệ thống làm mát lớn, độ ẩm của đất giảm nhanh hơn, khả năng làm khô không khí tăng lên và số ngày hè có nhiệt độ trên 30°C đã tăng đáng kể. Đồng thời, độ ẩm tương đối giảm ở một số khu vực, trong khi quá trình thoát hơi nước từ thảm thực vật cũng giảm do tình trạng khô hạn gia tăng - một hiệu ứng tự củng cố.

Thách thức nằm ở việc định lượng rõ ràng những diễn biến này. Các mô hình khí hậu trước đây hầu như không hoặc không hề xem xét đến sự mất mát của các nguồn bốc hơi do con người gây ra. Các dịch vụ khí tượng cũng không thiết lập mối liên hệ trực tiếp giữa hơi nước của nhà máy điện và vi khí hậu. Tuy nhiên, việc thiết lập các phương pháp tiếp cận mô hình mới có tính đến các yếu tố đầu vào độ ẩm công nghệ cũng như khí thải và niêm phong là rất cấp thiết.

6. Những quan điểm mới cho Quản lý nước và khí hậu tích hợp: Có nên đưa các nguồn độ ẩm kỹ thuật vào quy hoạch không?

Trong bối cảnh hạn hán, nắng nóng và mất mùa ngày càng gia tăng, rõ ràng là việc hiểu chính sách môi trường chỉ dựa trên khí thải không còn đủ nữa. Điều cần thiết là quản lý nước và khí hậu tích hợp không chỉ làm giảm khí thải mà còn kết hợp cân bằng độ ẩm trong khí quyển. Các yếu tố đầu vào hơi nước được tạo ra về mặt kỹ thuật—trước đây được coi là "tác dụng phụ không mong muốn"—có thể được hiểu trong tương lai là các yếu tố khí hậu được kiểm soát.

Một số dự án thí điểm đã thử nghiệm các ao bốc hơi, phun sương đô thị hoặc tưới tiêu nhân tạo chotăng độ ẩm cục bộ. Việc đưa trở lại hoạt động của các ao làm mát đã ngừng hoạt động – không sản xuất điện – cũng có thể được hình dung để tạo ra sự bốc hơi cụ thể trong thời kỳ khô hạn. Các hệ thống đô thị như mái nhà xanh, đường thủy lộ thiên hoặc các nguồn ẩm bán kỹ thuật (ví dụ: hệ thống làm mát lộ thiên có chức năng thanh lọc) cũng có thể đảm nhiệm các vai trò mới.

Tuy nhiên, cần có sự thay đổi mô hình chính trị và xã hội: tránh xa giáo điều đơn giản về sự giảm thiểu và hướng tới đánh giá khác biệt về các quy trình kỹ thuật – cũng xem xét đến sự đóng góp của chúng vào sự cân bằng độ ẩm cục bộ. Chỉ khi chúng ta suy nghĩ toàn diện về cả dòng nước tự nhiên và dòng nước nhân tạo, chúng ta mới có thể tạo ra một tương lai kiên cường trong thời kỳ khí hậu bất ổn.

BẢN QUYỀN ToNEKi Media UG (trách nhiệm hữu hạn)

TÁC GIẢ: THOMAS JAN POSCHADEL